Elektrokardiogram vezje: 4 koraki

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Zdravo! To sta napisala dva študenta, ki trenutno študirata biomedicinsko inženirstvo in obiskujeta tečaj vezja. Ustvarili smo EKG in z velikim veseljem ga delimo z vami.

Zaloge

Osnovne zaloge, ki bodo potrebne za ta projekt, vključujejo:

- deska

- upori

- kondenzatorji

- operacijski ojačevalniki (LM741)

- elektrode

Potrebovali boste tudi navedeno elektronsko opremo:

- DC napajanje

- Generator funkcij

- Osciloskop

Korak: Diferencialni ojačevalnik

Zakaj je to potrebno?

Diferencialni ojačevalnik se uporablja za ojačanje signala in zmanjšanje šumov, ki lahko nastanejo med elektrodama. Hrup se zmanjša z jemanjem razlike v napetosti obeh elektrod. Za določitev potrebnih vrednosti upora smo se odločili, da želimo, da ojačevalnik ustvari dobiček 1000.

Kako je zgrajen?

Da bi to dosegli, je bila uporabljena enačba dobička za diferencialni ojačevalnik, matematiko najdete na priloženi sliki. Pri izračunu je bilo ugotovljeno, da morajo biti vrednosti upora 100Ω in 50kΩ. Ker pa nismo imeli upora 50 kΩ, smo uporabili 47 kΩ. Postavitev diferencialnega ojačevalnika tako za LTSpice kot za ploščico si lahko ogledate na priloženi fotografiji. Diferencialni ojačevalnik za povezavo potrebuje ploščo, 1 x 100Ω upor, 6 x 47kΩ upor, 3 operacijske ojačevalnike LM741 in veliko mostičnih žic.

Kako ga preizkusiti?

Pri testiranju v LTSpice in na fizični napravi se želite prepričati, da bo ustvaril dobiček 1000. To naredite z uporabo enačbe dobička dobička = Vout/ Vin. Vout je vmesna vrednost od vrha do vrha, Vin pa od vrha do vrha. Na primer, za testiranje na generatorju funkcij bi v vezje vnesel 10 mV od vrha do vrha, zato bi moral dobiti izhod 10V.

Korak: Zarezni filter

Zakaj je to potrebno?

Za odpravo hrupa je ustvarjen zarezni filter. Ker ima večina stavb AC 60 Hz izmenični tok, ki bi ustvaril hrup v vezju, smo se odločili, da naredimo zarezni filter, ki bo oslabil signal pri 60 Hz.

Kako ga zgraditi?

Zasnova filtra temelji na zgornji sliki. Enačbe za izračun vrednosti uporov in kondenzatorjev so navedene zgoraj. Odločili smo se, da uporabimo frekvenco 60 Hz in 0,1 uF kondenzatorje, saj je to vrednost kondenzatorja, ki smo jo imeli. Pri izračunu enačb smo ugotovili, da sta R1 in R2 enaka 37, 549 kΩ, vrednost za R3 pa 9021,19 Ω. Da bi lahko ustvarili te vrednosti na našem vezju, smo uporabili 39 kΩ za R1 in R2 in 9,1 kΩ za R3. Na splošno filter z zarezo potrebuje 1 x 9,1 kΩ upor, 2 x 39 kΩ upor, 3 x 0,1 uF kondenzator, 1 operacijski ojačevalnik LM741 in veliko mostičnih žic. na zgornji sliki.

Kako ga preizkusiti?

Funkcionalnost zareznega filtra je mogoče preizkusiti z izmeničnim tokom. Vse frekvence morajo preiti skozi filter, razen 60 Hz. To je mogoče preizkusiti tako na LTSpice kot na fizičnem vezju

3. korak: Nizkoprepustni filter

Zakaj je to potrebno?

Nizkoprepustni filter je potreben za zmanjšanje hrupa vašega telesa in prostora, ki nas obdaja. Pri odločanju o mejni frekvenci nizkoprepustnega filtra je bilo pomembno upoštevati, da se srčni utrip pojavi pri 1 Hz-3Hz in da so valovne oblike, ki sestavljajo EKG, blizu 1-50 Hz.

Kako ga zgraditi?

Odločili smo se, da omejimo frekvenco na 60 Hz, da bomo lahko še vedno dobili vse koristne signale, a tudi odrezali nepotrebne signale. Ko smo določili, da bi bila mejna frekvenca 70 Hz, smo se odločili, da izberemo vrednost kondenzatorja 0,15 µF, saj je ta v kompletu. Izračun vrednosti kondenzatorja je viden na sliki. Rezultat izračuna je bila vrednost upora 17,638 kΩ. Odločili smo se za 18 kΩ upor. Nizkoprepustni filter zahteva 2 x 18 kΩ upor, 2x0,15 uF kondenzator, 1 operacijski ojačevalnik LM741 in veliko mostičnih žic. Shemo nizkoprepustnega filtra za LTSpice in fizično vezje najdete na sliki.

Kako ga preizkusiti?

Nizkoprepustni filter je mogoče preizkusiti z uporabo izmenične napetosti tako na LTS spice kot na fizičnem vezju. Ko izvajate povišanje izmeničnega toka, bi morali videti spodnje frekvence do meje nespremenjene, vendar se frekvence nad mejno vrednostjo začnejo filtrirati.

4. korak: Dokončajte projekt

Ko je vezje končano, bi moralo izgledati kot zgornja slika! Zdaj ste pripravljeni, da elektrode pritrdite na telo in si ogledate EKG! Skupaj z osciloskopom je lahko EKG prikazan tudi na Arduinu.