Dizajniranje EKG digitalnog monitora i kola: 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Ovo nije medicinski uređaj. Ovo je samo u obrazovne svrhe korištenjem simuliranih signala. Ako koristite ovaj krug za stvarna mjerenja EKG-a, provjerite koriste li se strujni krug i veze kola s instrumentom odgovarajuće tehnike izolacije

Cilj ovog projekta je izgraditi krug koji može pojačati i filtrirati EKG signal, poznat i kao elektrokardiogram. EKG se može koristiti za određivanje brzine otkucaja srca i srčanog ritma, jer može otkriti električne signale koji prolaze kroz različite dijelove srca tokom različitih faza srčanog ciklusa. Ovdje koristimo instrumentacijsko pojačalo, urezani filter i niskopropusni filter za pojačavanje i filtriranje EKG -a. Zatim se pomoću LabView -a izračunavaju otkucaji u minuti i prikazuje se grafički prikaz EKG -a. Gotov proizvod možete vidjeti gore.

Korak 1: Instrumentacijsko pojačalo

Potreban dobitak za instrumentacijsko pojačalo je 1000 V/V. To bi omogućilo dovoljno pojačanje ulaznog signala koje je mnogo manje. Instrumentacijsko pojačalo je podijeljeno na dva dijela, 1. i 2. stupanj. Pojačanje svake faze (K) bi trebalo biti slično, tako da kad se pomnože, dobitak je oko 1000. Donje jednadžbe se koriste za izračunavanje pojačanja.

K1 = 1 + ((2*R2)/R1)

K2 = -R4/R3

Iz ovih jednadžbi su pronađene vrijednosti R1, R2, R3 i R4. Za izradu sklopa koji se vidi na slikama korištena su tri uA741 operativna pojačala i otpornici. Opanska pojačala napajaju se 15V iz istosmjernog napajanja. Ulaz instrumentacijskog pojačala bio je spojen na generator funkcija, a izlaz na osciloskop. Zatim je snimljeno izmjenjivanje izmjeničnog napona i pronađeno je pojačanje instrumentacijskog pojačala, što se može vidjeti na gornjoj ploči "Dobijanje pojačanja instrumentacije". Konačno, krug je ponovo kreiran u LabView -u, gdje je pokrenuta simulacija pojačanja, kao što se može vidjeti na gornjoj crti. Rezultati su potvrdili da je krug ispravno radio.

Korak 2: Notch filter

Urezani filter se koristi za uklanjanje šuma koji se javlja pri 60 Hz. Vrijednosti komponenti mogu se izračunati pomoću donjih jednadžbi. Korišten je faktor kvalitete (Q) od 8. C je odabran s obzirom na dostupne kondenzatore.

R1 = 1/(2*Q*ω*C)

R2 = 2*Q/(ω*C)

R3 = (R1*R2)/(R1+R2)

Vrijednosti otpornika i kondenzatora su pronađene i gornji krug je konstruiran, proračunate vrijednosti se mogu vidjeti tamo. Operativno pojačalo napajalo se istosmjernim napajanjem, s ulazom spojenim na generator funkcija, a izlaz na osciloskopu. Pokretanje AC Sweep -a rezultiralo je gornjom shemom "Notch Filter AC Sweep", koja pokazuje da je uklonjena frekvencija od 60 Hz. Da bi se to potvrdilo, pokrenuta je simulacija LabView koja je potvrdila rezultate.

Korak 3: Niskopropusni filter

Koristi se Butterworth -ov niskopropusni filter drugog reda s graničnom frekvencijom od 250Hz. Za rješavanje vrijednosti otpornika i kondenzatora korištene su donje jednadžbe. Za ove jednadžbe granična frekvencija u Hz promijenjena je u rad/sek, za koju je utvrđeno da je 1570,8. Korišten je dobitak od K = 1. Dostavljene su vrijednosti za a i b 1,414214 odnosno 1.

R1 = 2 / (wc (a C2 + sqrt (a^2 + 4 b (K - 1)) C2^2 - 4 b C1 C2))

R2 = 1/ (b C1 C2 R1 wc^2)

R3 = K (R1 + R2) / (K - 1)

R4 = K (R1 + R2)

C1 = (C2 (a^2 + 4 b (K-1)) / (4 b)

C2 = (10 / fc)

Nakon što su vrijednosti izračunate, krug je konstruiran s vrijednostima, koje se mogu vidjeti na jednoj od gornjih slika. Treba napomenuti da je, budući da je korišten dobitak 1, R3 zamijenjen otvorenim krugom, a R4 zamijenjen kratkim spojem. Nakon što je sklop sklopljen, op se pojačalo napajalo sa 15V iz istosmjernog napajanja. Slično kao i ostale komponente, ulaz i izlaz su spojeni na generator funkcija i osciloskop. Napravljen je grafikon izmjene naizmjenične struje, koji se vidi u gore navedenom "Low Pass filter AC Sweep". Crtež crnom bojom u LabView simulaciji kola, potvrđujući naše rezultate.

Korak 4: LabVIEW

Program LabVIEW prikazan na slici koristi se za izračunavanje otkucaja u minuti i za prikaz vizualnog prikaza ulaznog EKG -a. DAQ pomoćnik prima ulazni signal i postavlja parametre uzorkovanja. Grafikon valnog oblika tada iscrtava ulaz koji DAQ prima na korisničkom sučelju za prikaz korisniku. Na ulaznim podacima vrši se više analiza. Maksimalne vrijednosti ulaznih podataka mogu se pronaći pomoću Max/Min identifikatora, a parametri za otkrivanje vrhova postavljaju se pomoću Pete Detection. Koristeći indeksni niz lokacija vrhova, vrijeme između maksimalnih vrijednosti zadanih komponentom Promjena vremena i različitih aritmetičkih operacija, BPM se izračunava i prikazuje kao numerički izlaz.

Korak 5: Završen krug

Nakon što su sve komponente spojene, cijeli sistem je testiran simuliranim EKG signalom. Zatim je krug korišten za filtriranje i pojačavanje ljudskog EKG -a s rezultatima prikazanim kroz gore spomenuti program LabView. Elektrode su pričvršćene na desni zglob, lijevi zglob i lijevi gležanj. Lijevi zglob i desni ručni zglob bili su spojeni na ulaze instrumentacijskog pojačala, dok je lijevi zglob povezan s masom. Izlaz niskopropusnog filtera je zatim spojen na DAQ pomoćnika. Koristeći isti LabView blok dijagram od ranije, program je pokrenut. Dok je ljudski EKG prolazio, jasan i stabilan signal viđen je sa izlaza cijelog sistema, što se može vidjeti na gornjoj slici.