EKG -stroombaan (PSpice, LabVIEW, Breadboard): 3 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Let wel: dit is NIE 'n mediese toestel nie. Dit is slegs vir opvoedkundige doeleindes met behulp van gesimuleerde seine. As u hierdie kring vir werklike EKG-metings gebruik, moet u seker maak dat die stroombaan en die kring-tot-instrumentverbindings die regte isolasie tegnieke gebruik

Hierdie instruksies is 'n begeleide manier om 'n stroombaan te simuleer, te bou en te toets wat EKG -seine inneem, filtreer en versterk. U benodig basiese kennis van stroombane en 'n paar instrumente om hierdie instruksies volledig te implementeer.

Elektrokardiografie (EKG of EKG) is 'n pynlose, nie-indringende toets wat die elektriese aktiwiteit van die hart registreer en word gebruik om insig te kry in die toestand van die pasiënt se hart. Om 'n EKG -lesing suksesvol te kan simuleer, moet inset -hartseine versterk word (instrumentasie versterker) en gefiltreer word (kerf- en laagdoorlaatfilters). Hierdie komponente is fisies en op 'n kring simulator geskep. Om te verseker dat elke komponent die sein korrek versterk of filtreer, kan 'n AC -sweep met behulp van PSpice en eksperimenteel uitgevoer word. Nadat elke komponent afsonderlik getoets is, kan 'n hartsein ingevoer word deur 'n voltooide stroombaan wat bestaan uit die instrumentasieversterker, kerffilter en laagdoorlaatfilter. Daarna kan 'n menslike EKG -sein deur die EKG en LabVIEW ingevoer word. Beide die gesimuleerde golfvorm en die menslike hartsein kan deur LabVIEW gehardloop word om slae per minuut (BPM) van die insetsein te tel. In die algemeen behoort 'n ingangskardineel en menslike sein suksesvol versterk en gefiltreer te kan word, 'n EKG te simuleer met behulp van kringvaardighede om 'n instrumentversterker, kerffilter en laagdoorlaatfilterbaan te ontwerp, te verander en te toets.

Stap 1: Simuleer stroombaan op rekenaar

U kan die sagteware wat u beskikbaar het, gebruik om die stroombaan wat ons gaan skep, te simuleer. Ek het PSpice gebruik, daarom sal ek die besonderhede hieroor verduidelik, maar die komponentwaardes (weerstande, kapasitors, ens.) En die belangrikste take is dieselfde, dus gebruik gerus iets anders (soos circuitlab.com).

Bereken komponentwaardes:

1. Eerstens is dit om waardes vir die instrumentasieversterker te bepaal (sien prentjie). Die waardes in die prentjie is bepaal deur 'n gewenste wins van 1000 te hê. Dit beteken dat ongeag die ingangsspanning wat u verskaf, hierdie deel van die stroombaan dit sal versterk deur die versterkingswaarde. As u byvoorbeeld 1V verskaf soos ek gedoen het, moet die uitset 1000V wees. Daar is twee dele aan hierdie instrumentasie versterker, dus die wins word onder hulle verdeel as K1 en K2. Sien die meegeleverde prentjie, ons wil hê dat die winste naby moet wees (daarom is vergelyking 2 in die prentjie), vergelykings 2 en 3 op die foto word gevind met nodale analise, en dan kan die weerstandswaardes bereken word (sien prent).
2. Die weerstandswaardes vir die kerffilter is bepaal deur die kwaliteitsfaktor, Q, op 8 te stel en as gevolg van die feit dat ons geweet het dat ons baie 0,022uF kapasitors beskikbaar het, het ons dan vorentoe gegaan in berekeninge met behulp van hierdie twee toestande. Sien die prentjie met vergelykings 5 - 10 om die waardes te bereken. Of gebruik R1 = 753.575Ω, R2 = 192195Ω, R3 = 750.643Ω, wat ons gedoen het!
3. Die laagdeurlaatfilter is om geraas te verwyder bo 'n sekere frekwensie, wat ons aanlyn gevind het, en vir EKG is dit goed om 'n afsnyprekwensie van 250 Hz te gebruik. Bereken uit hierdie frekwensie en vergelykings 11-15 (kyk na die prentjie) weerstandswaardes vir u laagdeurlaatfilter. Behandel R3 as 'n oop stroombaan en R4 as 'n kortsluiting om 'n wins van K = 1. Ons het R1 = 15, 300 ohm, R2 = 25, 600 ohm, C1 = 0,022 uF, C2 = 0,047 uF bereken.

Maak oop en bou op PSpice:

Met al hierdie waardes, begin PSpice - maak 'OrCAD Capture CIS' oop, as 'n pop -up vir Cadence Project Choices oopmaak, kies 'Allegro PCB Design CIS L', maak lêer oop -> nuwe projek, tik 'n slim naam daarvoor, kies skep projek Kies 'analoog of gemengde A/D' en kies 'skep 'n leë projek', sien die prent vir die lêerorganisasie van u projek. Op elke bladsy sal u die komponente (weerstande, kapasitors, ens.) saamstel om die deel van u projek te bou kring wat jy wil hê. Op elke bladsy klik u op 'n gedeelte in die werkbalk bo -aan en klik op 'n deel om 'n lys dele oop te maak waar u weerstande, kapasitors, operasionele versterkers en kragbronne soek. Ook in die aftreklys Place vind u grond en draad wat u moet gebruik. Ontwerp nou elk van u bladsye soos op die foto's wat ingesluit is, met behulp van die waardes wat u bereken het.

Begin AC Sweeps om te verseker dat die filter en versterking werklik gebeur soos u verwag

Ek het twee syfers bygevoeg vir die simulasie hiervan. Let op die kerf by 60 Hz en die hoë frekwensies uitfilter. Let op die lynkleure en die benoemde spooruitdrukkings; ek het ook die hele kring saam gehardloop, sodat u 'n idee kan kry van wat u moet verwag!

Kies PSpice vir die sweeps, klik op PSpice, New Simulation Profile, verander na AC Sweep en stel die gewenste frekwensies in vir begin, stop en die toename waarde. Onder die PSpice -spyskaart het ek ook merkers, gevorderde en gekies spanning dB gekies en die merker geplaas op waar ek die uitset wou meet, dit help later, sodat u nie handmatig 'n spoorverander hoef by te voeg nie. Pak dan weer na die PSpice -knoppie en kies Run of druk F11. As die simulator oopgemaak word, klik indien nodig op trace, voeg trace by, en kies dan die toepaslike spooruitdrukking, soos V (U6: OUT) as u die spanningsuitset by pin OUT van die opamp U6 wou meet.

Instrumentasie versterker: Gebruik die uA741 vir al drie die versterkers en let op die versterkers in die foto's verwys na hul onderskeie etiket (U4, U5, U6). Begin u wisselstroom -sweep op PSpice om die frekwensierespons van die stroombaan te bereken met die ingang van een spanning, sodat die spanningsuitset in hierdie geval gelyk moet wees aan die versterking (1000).

Kerffilter: Gebruik 'n wisselstroombron met een spanning, soos op die foto en die operasionele versterker uA741, en maak seker dat u elke versterker wat u gebruik, aandryf (aangedryf met 15V DC). Begin die AC -sweep, ek beveel 30 tot 100 Hz by 10 Hz aan om die kerf by 60 Hz te verseker wat elektriese seine sou uitfilter.

Laagdeurlaatfilter: Gebruik die uA741 -versterker (sien die figuur soos ons s’n U1 genoem het) en voorsien die stroombaan van een volt wisselstroom. Skakel die op -versterkers met 'n gelykstroom van 15 volt en meet die uitset vir die wisselstroomveër by pen 6 van U1 wat aansluit by die draad wat op die foto gesien word. Die wisselstroomveër word gebruik om die frekwensierespons van die stroombaan te bereken, en met die een spanningsingang wat u stel, moet die spanningsuitset gelyk wees aan die versterking-1.

Stap 2: Bou die fisiese stroombaan op 'n broodbord

Dit kan uitdagend wees, maar ek het volle vertroue in jou! Gebruik die waardes en skemas wat u geskep en getoets het (u weet hopelik dat dit danksy die kring simulator werk) om dit op 'n broodbord te bou. Maak seker dat u slegs in elke fase krag (1 Vp-p deur 'n funksiegenerator) aan die begin toedien as u die hele stroombaan toets, om die hele stroombaan te toets. verskaf V+ en V- (15V) aan elke op amp, en u kan individuele stadiums toets deur die uitset op verskillende frekwensies met die ossilloskoop te meet om seker te maak dat dinge soos filtering werk. U kan die ingeboude hartgolfvorm op die funksiegenerator gebruik as u die hele stroombaan saam toets, en dan sal u die QRS-golfvorm sien soos verwag. Met 'n bietjie frustrasie en volharding behoort u dit fisies te kan bou!

Ons het ook 'n bandkapasitor van 0.1uF bygevoeg parallel met die op amp -krag wat nie in PSpice afgebeeld is nie.

Hier is 'n paar wenke vir die bou van die individuele komponente:

Kontroleer elke individuele uitset van die drie op-versterkers vir die instrumentasieversterker. Maak ook seker dat u die kragbron verskaf en die ingang korrek invoer. Die kragbron moet aan pen 4 en 7 gekoppel word, en die ingang en uitgang van die spanning na penne 3 van die eerste fase op-versterkers.

Vir die kerffilter moes 'n paar aanpassings aan die weerstandswaardes aangebring word om die filter teen 'n frekwensie van 60 Hz uit te laat filter. As die filter hoër as 60 Hz plaasvind, sal die verhoging van een van die weerstande (ons het 2 aangepas) help om die filterfrekwensie te verminder (teenoorgestelde van verhoging).

Vir die laagdeurlaatfilter sal die fout aansienlik verminder word deur eenvoudige weerstandswaardes (weerstande wat u reeds het) te verseker!

Stap 3: LabVIEW om EKG -golfvorm te teken en hartklop te bereken (slae per minuut)

Op LabVIEW sal u 'n blokdiagram en 'n gebruikerskoppelvlak skep, wat die deel is wat die EKG -golfvorm as 'n funksie van tyd op 'n grafiek sal vertoon en 'n digitale hartklopnommer sal vertoon. Ek het 'n prentjie aangeheg van wat u op labVIEW kan bou, u kan die soekbalk gebruik om die nodige komponente te vind. Wees geduldig hiermee, en u kan ook die hulp gebruik om oor elke stuk te lees.

Maak seker dat u die fisiese DAQ gebruik om u kring aan die rekenaar te koppel. Verander u monsterneming in die DAQ -assistent na deurlopend en 4k.

Hier is 'n paar advies oor die opstel van die diagram:

• DAQ Assistant -verbinding kom uit 'data' en 'stop'.
• DAQ Assistant om in te golf op die maksimum min.
• Klik met die rechtermuisknop, skep en kies konstante vir die getal wat op die foto verskyn.
• Klik met die rechtermuisknop, kies item, dt, dit is om t0 na dt te verander
• Piekopsporing het verbindings met "sein in", "drumpel" en "breedte"
• Koppel aan "array" en die konstantes na "indeks"
• Maak seker dat die fisiese DAQ -bordpen (dws analoog 8) die pen is wat u in die DAQ Assistant kies (sien prentjie)

Die video 'IMG_9875.mov' wat bygevoeg is, is van 'n rekenaar wat die VI -gebruikerskoppelvlak van LabVIEW vertoon, wat die veranderende EKG -golfvorm en slae per minuut toon, gebaseer op die invoer (luister terwyl daar aangekondig word waarna die frekwensie verander word).

Toets u ontwerp deur 'n frekwensie -invoer van 1Hz te stuur, en dit het 'n skoon golfvorm (sien die prent om mee te vergelyk), maar u moet 60 slae per minuut kan lees!

Wat u gemaak het, kan ook gebruik word om 'n menslike EKG -sein net vir die plesier te lees, aangesien dit NIE 'n mediese toestel is nie. U moet egter steeds versigtig wees met die stroom wat aan die ontwerp verskaf word. Aangehegte oppervlakelektrode: positief aan die linker enkel, negatief na die regter pols en heg grond aan die regter enkel. Begin u labVIEW en u sal die golfvorm op die grafiek verskyn en die slae per minuut verskyn ook in die digitale skerm.