Liggaam-ultraklank sonografie met Arduino: 3 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

Hallo!

My stokperdjie en passie is om fisika -projekte te verwesenlik. Een van my laaste werke handel oor ultraklank sonografie. Soos altyd het ek probeer om dit so eenvoudig as moontlik te maak met onderdele wat u op ebay of aliexpress kan kry. Kom ons kyk hoe ver ek kan gaan met my eenvoudige items …

Ek is geïnspireer deur hierdie bietjie meer ingewikkelde en duurder projek:

hackaday.io/project/9281-murgen-open-sourc…

Hier is die onderdele wat u benodig vir my projek:

die belangrikste dele:

• 'n meter om die dikte van die verf vir 40 USD te meet: ebay -verfdiktemeter GM100
• of net die 5 MHz -transducer vir 33 USD: ebay 5 MHz -transducer
• 'n arduino betaalbaar vir 12 USD: ebay arduino verskuldig
• 'n 320x480 pixel skerm vir 11 USD: 320x480 arduino skerm
• twee 9V/1A kragtoevoer vir die simmetriese +9/GND/-9V voeding
• ultraklankgel vir sonografie: 10 USD ultraklankgel

vir die sender:

• 'n stap-omskakelaar vir die benodigde 100V vir 5 USD: 100V boost-omskakelaar
• 'n algemene stap-omskakelaar wat 12-15V lewer vir die 100V-boost-omskakelaar vir 2 USD: XL6009 boost-converter
• 'n LM7805 spanningsreguleerder
• monoflop-IC 74121
• mosfet-bestuurder ICL7667
• IRL620 mosfet: IRL620
• kapasitors met 1nF (1x), 50pF (1x), 0.1µF (1x elektrolities), 47µF (1x elektrolities), 20 μF (1 x elektrolities vir 200V), 100 nF (2x MKP vir 200V: 100nF20µF
• weerstande met 3kOhm (0.25W), 10kOhm (0.25W) en 50Ohm (1W)
• 10 kOhm potensiometer
• 2 stuks. C5-voetstukke: 7 USD C5-voetstuk

vir die ontvanger:

• 3 stuks. AD811 operasionele versterking: eBay AD811
• 1 stuks. LM7171 operasionele versterking: eBay LM7171
• 5 x 1 nF kondensator, 8 x 100nF kapasitor
• 4 x 10 kOhm potensiometer
• 1 x 100 kOhm potensiometer
• 0.25W weerstande met 68 Ohm, 330 Ohm (2 stuks), 820 Ohm, 470 Ohm, 1.5 kOhm, 1 kOhm, 100 Ohm
• 1N4148 diodes (2 stuks)
• 3.3V zenerdiode (1 stuks)

Stap 1: My sender- en ontvanger-stroombane

Sonografie is 'n baie belangrike manier in die geneeskunde om binne -in die liggaam te kyk. Die beginsel is eenvoudig: 'n Sender stuur ultra-soniese pulse. Hulle versprei in die liggaam, word deur die binneste organe of bene gereflekteer en kom terug na die ontvanger.

In my geval gebruik ek die meter GM100 om die dikte van verflae te meet. Alhoewel dit nie eintlik bedoel is om binne -in die liggaam te kyk nie, kan ek my bene sien.

Die GM100-sender werk met 'n frekwensie van 5 MHz. Daarom moet u baie kort pulse met 'n lengte van 100-200 nanosekondes skep. Die 7412-monoflop kan sulke kort pulse skep. Hierdie kort pulse gaan na die ICL7667-mosfet-driver, wat die hek van 'n IRL620 dryf (let op: die mosfet moet spanning tot 200V kan hanteer!).

As die hek aangeskakel word, word die 100V-100nF-kapasitor ontlaai en 'n negatiewe pols van -100V word op die sender-piezo toegepas.

Die ultrasoniese echo's wat van die GM100-kop ontvang word, gaan na 'n 3-traps versterker met die vinnige OPA AD820. Na die derde stap benodig u 'n presisie-gelykrigter. Vir hierdie doel gebruik ek 'n LM7171 operasionele versterker.

Let op: ek het die beste resultate gekry toe ek die insette van die presisie-gelykrigter verkort met 'n dupont-draad-lus (? In die stroombaan). Ek verstaan nie regtig hoekom nie, maar u sal dit moet nagaan as u my ultrasoniese skandeerder wil rekonstrueer.

Stap 2: Die Arduino-sagteware

Die gereflekteerde pulse moet deur 'n mikrobeheerder gestoor en vertoon word. Die mikrobeheerder moet vinnig wees. Daarom kies ek 'n arduino due. Ek het twee verskillende soorte vinnige analoog-lees-kodes probeer (kyk na die aanhangsels). Die een is vinniger (ongeveer 0,4 µs per omskakeling), maar ek het 2-3 keer dieselfde waarde gekry toe ek die analoog invoer ingelees het. Die ander een is 'n bietjie stadiger (1 µs per omskakeling), maar het nie die nadeel van die herhaalde waardes nie. Ek het die eerste gekies …

Daar is twee skakelaars op die ontvangerbord. Met die sitches kan u die meting stop en twee verskillende tydsbasis kies. Een vir meettye tussen 0 en 120 µs en die ander tussen 0 en 240 µs. Ek het dit besef deur 300 waardes of 600 waardes voor te lees. Vir 600 waardes neem dit twee keer die tyd, maar dan neem ek net elke tweede analoog-in-waarde.

Die inkomende eggo's word gelees met een van die analoog-invoer-poorte van die arduino. Die zenerdiode moet die poort beskerm teen te hoë spannings omdat die arduino slegs spanning tot 3,3V kan aflees.

Elke analoog-invoerwaarde word dan omskep in 'n waarde tussen 0 en 255. Met hierdie waarde sal 'n verdere grys gekleurde reghoek op die skerm geteken word. Wit beteken hoë sein/eggo, donkergrys of swart beteken lae sein/eggo.

Hier is die lyne in die kode om die reghoeke met 24 pixel breedte en 1 pixel hoogte te teken

vir (i = 0; i <300; i ++) {

waardes = kaart (waardes , 0, 4095, 0, 255);

myGLCD.setColor (waardes , waardes , waardes );

myGLCD.fillRect (j * 24, 15 + i, j * 24 + 23, 15 + i);

}

Na 'n sekonde word die volgende kolom geteken …

Stap 3: Resultate

Ek het verskillende voorwerpe ondersoek, van aluminiumsilinders oor ballonne wat met water gevul is tot by my liggaam. Om liggaams-eggo's te sien, moet die versterking van die seine baie hoog wees. 'N Laer versterking is nodig vir die aluminium-silinders. As u na die foto's kyk, kan u die weerklanke van die vel en my been duidelik sien.

So, wat kan ek sê oor die sukses of mislukking van hierdie projek. Dit is moontlik om binne -in die liggaam te kyk met sulke eenvoudige metodes en met behulp van dele, wat gewoonlik nie daarvoor bedoel is nie. Maar hierdie faktore beperk ook die resultate. U kry nie sulke duidelike en goed gestruktureerde foto's in vergelyking met kommersiële oplossings nie.

Maar dit is die belangrikste, ek het dit probeer en my bes gedoen. Ek hoop dat u van hierdie instruksies gehou het en dat dit ten minste vir u interessant was.

As u daarvan hou om na my ander fisika-projekte te kyk:

www.youtube.com/user/stopperl16/videos?

meer fisika-projekte: