Maklik outomatiese EKG (1 versterker, 2 filters): 7 stappe

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

'N Elektrokardiogram (EKG) meet en toon die elektriese aktiwiteit van die hart met behulp van verskillende elektrodes wat op die vel geplaas word. 'N EKG kan geskep word met behulp van 'n instrumentasieversterker, kerffilter en 'n laagdeurlaatfilter. Laastens kan die gefiltreerde en versterkte sein met behulp van LabView -sagteware gevisualiseer word. LabView gebruik ook die inkomende frekwensie van die sein om die hartklop van die menslike subjek te bereken. Die instrumentasie versterker wat gebou is, het daarin geslaag om die klein seine van die liggaam te neem en dit na 1 V te versterk, sodat dit met behulp van LabView op die rekenaar besigtig kon word. Die kerf- en laagdeurlaatfilters het daarin geslaag om geraas van 60 Hz van kragbronne te verminder en seine van meer as 350 Hz te steur. Die hartklop in rus was 75 bpm, en 137 bpm na vyf minute se intense oefening. Die EKG kon hartklop met realistiese waardes meet en die verskillende komponente van 'n tipiese EKG -golfvorm visualiseer. In die toekoms kan hierdie EKG verbeter word deur passiewe waardes in die kerffilter te verander om meer geraas rondom 60 Hz te verminder.

Stap 1: Skep die instrumentasie versterker

U benodig: LTSpice (of 'n ander kringvisualiseringsprogrammatuur)

Die instrumentasie versterker is geskep om die grootte van die sein te vergroot, sodat dit sigbaar sal wees en die golfvorm kan ontleed.

Deur R1 = 3.3k ohm, R2 = 33k ohm, R3 = 1k ohm te gebruik, word R4 = 48 ohm 'n toename van X behaal. Versterking = -R4/R3 (1+R2/R1) = -47k/1k (1- (33k/3.3k)) = -1008

Omdat die sein in die finale versterker in die omkeerpen gaan, is die versterking 1008. Hierdie ontwerp is geskep in LTSpice en daarna gesimuleer met 'n wisselstroom -sweep van 1 tot 1kHz met 100 punte per dekade vir 'n sinus -invoer met wisselstroom amplitude van 1V.

Ons het nagegaan dat ons wins dieselfde was as die bedoelde wins. Uit die grafiek het ons Gain = 10^(60/20) = 1000 gevind wat voldoende naby ons beoogde wins van 1008 is.

Stap 2: Skep die kerffilter

U benodig: LTSpice (of 'n ander kringvisualiseringsprogrammatuur)

'N Kerffilter is 'n spesifieke tipe laagdeurlaatfilter gevolg deur 'n hoëpasfilter om 'n spesifieke frekwensie uit te skakel. 'N Kerffilter word gebruik om die geraas van alle elektroniese toestelle wat teen 60Hz teenwoordig is, uit te skakel.

Die passiewe waardes is bereken: C =.1 uF (waarde gekies) 2C =.2 uF (gebruik.22 uF kapasitor)

'N AQ-faktor van 8 word gebruik: R1 = 1/(2*Q*2*pi*f*C) = 1/(2*8*2*3.14159*60*.1E-6) = 1.66 kOhm (1.8 kOhm is gebruik) R2 = 2Q/(2*pi*f*C) = (2*8)/(60 Hz*2*3.14159*.1E-6 F) = 424 kOhm (390 kOhm + 33 kOhm = 423 kOhm was gebruik) Spanningsafdeling: Rf = R1 * R2 / (R1 + R2) = 1,8 kOhm * 423 kOhm / (1,8 kOhm + 423 kOhm) = 1,79 kOhm (1,8 kOhm is gebruik)

Hierdie filterontwerp het 'n versterking van 1, wat beteken dat daar geen versterkende eienskappe is nie.

As u die passiewe waardes aansluit en op LTSpice simuleer met 'n AC -sweep en 'n insetsein van 0,1 V sinusgolf met 'n wisselstroomfrekwensie van 1 kHz, word die aangehegde bode -plot tot gevolg.

Met 'n frekwensie van ongeveer 60 Hz bereik die sein die laagste spanning. Die filter slaag daarin om 60 Hz -geraas te verwyder tot 'n onopvallende spanning van 0,01 V en bied 'n versterking van 1, aangesien die insetspanning 0,1 V. is.

Stap 3: Skep die Laagpasfilter

U benodig: LTSpice (of 'n ander kringvisualiseringsprogrammatuur)

'N Laagpasfilter is geskep om die seine bo die drempel van belang wat die EKG -sein bevat, te verwyder. Die drempel van belangstelling was tussen 0 - 350Hz.

Die kapasitorwaarde is gekies om 0,1 uF te wees. Die benodigde weerstand word bereken vir 'n hoë afsnyfrekwensie van 335 Hz: C = 0,1 uF R = 1/(2pi*0,1*(10^-6)*335 Hz) = 4,75 kOhm (4,7 kOhm is gebruik)

As u die passiewe waardes aansluit en op LTSpice simuleer met 'n AC -sweep en 'n insetsein van 0,1 V sinusgolf met 'n wisselstroomfrekwensie van 1 kHz, word die aangehegte bode -plot tot gevolg.

Stap 4: Skep die stroombaan op 'n broodbord

U benodig: weerstande van verskillende waardes, kapasitors van verskillende waardes, UA 471 -versterkers, springkabels, 'n broodbord, aansluitkabels, 'n kragtoevoer of 'n 9 V -battery

Noudat u u kring gesimuleer het, is dit tyd om dit op 'n broodbord te bou. As u nie die presiese waardes het nie, gebruik dan wat u het, of kombineer weerstande en kapasitors om die waardes wat u benodig, te maak. Onthou om die broodbord met 'n 9 Volt -battery of 'n GS -kragbron aan te skakel. Elke versterker benodig 'n positiewe en negatiewe spanningsbron.

Stap 5: Stel LabView -omgewing op

U benodig: LabView -sagteware, 'n rekenaar

Om die vertoning van die golfvorm en die berekening van die hartklop te outomatiseer, is LabView gebruik. LabView is 'n program wat gebruik word om data te visualiseer en te ontleed. Die uitset van die EKG -stroombaan is die invoer vir LabView. Die data word ingevoer, gegrafeer en ontleed op grond van die onderstaande blokdiagram.

Eerstens neem die DAQ Assistant die analoog sein van die stroombaan in. Die monsterinstruksies word hier opgestel. Die monstertempo was 1k monsters per sekonde en die interval was 3k ms, daarom is die tydsinterval wat in die golfvormgrafiek gesien word, 3 sekondes. Die golfvormgrafiek ontvang data van die DAQ Assistant en teken dit dan in die voorpaneelvenster. Die onderste gedeelte van die blokdiagram bevat die hartklopberekening. Eerstens word die maksimum en minimum van die golf gemeet. Hierdie amplitudemetings word dan gebruik om te bepaal of pieke voorkom, wat gedefinieer word as 95% van die maksimum amplitude, en indien wel, word die tydpunt aangeteken. Sodra die pieke bespeur is, word die amplitude en tydpunt in skikkings gestoor. Dan word die aantal pieke/ sekondes omgeskakel na minute en op die voorpaneel vertoon. Die voorpaneel toon die golfvorm en slae per minuut.

Die stroombaan is deur middel van 'n National Instruments ADC aan LabVIEW gekoppel, soos in die bostaande figuur getoon. Die funksiegenerator wat die gesimuleerde EKG -sein lewer, is ingevoer in die ADC wat die data na LabView oorgedra het vir grafiek en analise. Sodra die BPM in LabVIEW bereken is, is die numeriese aanwyser ook gebruik om die waarde op die voorpaneel van die toepassing langs die golfvormgrafiek af te druk, soos gesien in figuur 2.

Stap 6: Toetsbaan met behulp van funksieopwekker

U benodig: kring op broodbord, aansluitkabels, 'n kragtoevoer of 9 V -battery, National Instruments ADC, LabView Software, 'n rekenaar

Om die LabView -instrumentasie te toets, is 'n gesimuleerde EKG ingevoer in die stroombaan en die uitset van die stroombaan is via die National Instruments ADC aan LabView gekoppel. Eers is 'n sein van 20mVpp by 1Hz ingevoer in die kring om 'n rustende hartklop na te boots. Die LabView -voorpaneel word in die onderstaande prent getoon. Die P-, T-, U -golf- en QRS -kompleks is almal sigbaar. Die BMP is korrek bereken en vertoon in die numeriese aanwyser. Daar is 'n toename van ongeveer 8 V/0,02 V = 400 deur die stroombaan, wat soortgelyk is aan wat ons gesien het toe die stroombaan aan die ossilloskoop gekoppel was. 'N Foto van die resultaat in LabView is aangeheg. Om 'n verhoogde hartklop te simuleer, byvoorbeeld tydens oefening, is 'n sein van 20mVpp by 2Hz ingevoer in die stroombaan. Daar was 'n vergelykbare toename in die toets by rustende hartklop. Onder die golfvorm word gesien dat hulle dieselfde dele as voorheen het, net vinniger. Die hartklop word bereken en vertoon in die numeriese aanwyser en ons sien die verwagte 120 BPM.

Stap 7: Toetsbaan met 'n menslike onderwerp

U benodig: kring op broodbord, aansluitkabels, 'n kragtoevoer of 9 V -battery, National Instruments ADC, LabView Software, 'n rekenaar, elektrodes (ten minste drie), 'n menslike onderwerp

Laastens het die kring getoets met 'n menslike EKG wat insette in die kring en uitset van die stroombaan na LabView lei. Drie elektrodes is op 'n onderwerp geplaas om 'n werklike sein te kry. Elektrodes is op beide polse en die regter enkel geplaas. Die regter pols was die positiewe insette, die linker pols was negatief en die enkel was grond. Weereens is die data in LabView ingevoer vir verwerking. Die elektrode -opset is as 'n prent aangeheg.

Eerstens is die rustende EKG -sein van die vak vertoon en ontleed. In rus het die proefpersoon 'n hartklop van ongeveer 75 slae per minuut gehad. Die proefpersoon het daarna vir 5 minute aan intense fisieke aktiwiteit deelgeneem. Die onderwerp is weer verbind en die verhoogde sein is opgeneem. Die hartklop was ongeveer 137 bpm per aktiwiteit. Hierdie sein was kleiner en het meer geraas. Elektrodes is op beide polse en die regter enkel geplaas. Die regter pols was die positiewe insette, die linker pols was negatief en die enkel was grond. Weereens is die data in LabView ingevoer vir verwerking.

'N Gemiddelde persoon het 'n EKG -sein van ongeveer 1mV. Ons verwagte wins was ongeveer 1000, daarom sou ons 'n uitsetspanning van 1V verwag. Vanaf die opname in rus, gesien in beeld XX, is die amplitude van die QRS-kompleks ongeveer (-0,7)-(-1,6) = 0,9 V. Dit lewer 'n fout van 10%. (1-0.9)/1*100 = 10% Die rustende hartklop van 'n standaardmens is 60, die gemete was ongeveer 75, dit lewer | 60-75 |*100/60 = 25% fout. Die verhoogde hartklop van 'n standaard mens is 120, die gemete was ongeveer 137, dit lewer | 120-137 |*100/120 = 15% fout.

Geluk! U het nou u eie outomatiese EKG gebou.