Ontwerp van 'n EKG digitale monitor en stroombaan: 5 stappe

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

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

Die doel van hierdie projek is om 'n stroombaan te bou wat 'n EKG -sein, ook bekend as 'n elektrokardiogram, kan versterk en filter. 'N EKG kan gebruik word om die hartklop en hartritme te bepaal, aangesien dit die elektriese seine kan opspoor wat deur verskillende dele van die hart beweeg tydens die verskillende stadiums van die hartsiklus. Hier gebruik ons 'n instrumentasieversterker, kerffilter en 'n laagdeurlaatfilter om die EKG te versterk en te filter. Met LabView word die slae per minuut bereken en 'n grafiese voorstelling van die EKG vertoon. Die voltooide produk kan hierbo gesien word.

Stap 1: Instrumentasie versterker

Die nodige versterking vir die instrumentasie versterker is 1000 V/V. Dit sal voorsiening maak vir voldoende versterking van die inkomende sein wat baie kleiner is. Die instrumentasie versterker is in twee dele verdeel, fase 1 en fase 2. Die versterking van elke fase (K) moet soortgelyk wees, sodat as dit saam vermenigvuldig word, die wins ongeveer 1000 is. Die onderstaande vergelykings word gebruik om die wins te bereken.

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

K2 = -R4/R3

Uit hierdie vergelykings is die waardes van R1, R2, R3 en R4 gevind. Vir die bou van die stroombaan wat op die beelde gesien word, is drie uA741 operasionele versterkers en weerstande gebruik. Die op -versterkers word gevoed met 15V van 'n GS -kragbron. Die invoer van die instrumentasieversterker is aan 'n funksieopwekker gekoppel en die uitset is aan 'n ossilloskoop gekoppel. Daarna is 'n AC -sweep geneem en die versterking van die instrumentasieversterker is gevind, soos gesien kan word op die plot "Instrumentation Amplifier Gain" hierbo. Uiteindelik is die kring herskep in LabView, waar 'n simulasie van die wins uitgevoer is, soos gesien kan word in die swart plot hierbo. Die resultate bevestig dat die stroombaan korrek werk.

Stap 2: Kerffilter

Die kerffilter word gebruik om geraas wat by 60 Hz voorkom, te verwyder. Die waardes van die komponente kan bereken word met behulp van die onderstaande vergelykings. 'N Kwaliteitsfaktor (Q) van 8 is gebruik. C is gekies gegewe die beskikbare kapasitors.

R1 = 1/(2*Q*ω*C)

R2 = 2*Q/(ω*C)

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

Die weerstand- en kapasitorwaardes is gevind en die kring hierbo is opgestel, die berekende waardes kan daar gesien word. Die operasionele versterker word aangedryf deur 'n GS -toevoer, met die ingang op 'n funksieopwekker en die uitset na 'n ossilloskoop. Deur 'n AC -sweep uit te voer, het die "Notch Filter AC Sweep" plot hierbo gelei, wat toon dat 'n frekwensie van 60 Hz verwyder is. Om dit te bevestig, is 'n LabView -simulasie uitgevoer wat die resultate bevestig het.

Stap 3: Laagpasfilter

'N Tweede orde Butterworth -laagdeurlaatfilter word gebruik, met 'n afsnyfrekwensie van 250Hz. Om die weerstand- en kapasitorwaardes op te los, is die onderstaande vergelykings gebruik. Vir hierdie vergelykings is die afsnyfrekwensie in Hz verander na rad/sek, wat 1570,8 was. 'N Versterking van K = 1 is gebruik. Die waardes vir a en b is onderskeidelik 1.414214 en 1.

R1 = 2 / (wc (a C2 + vierkante (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)

Nadat die waardes bereken is, is die kring saamgestel met die waardes, wat in een van die afbeeldings hierbo gesien kan word. Daar moet op gelet word dat aangesien 'n versterking van 1 gebruik is, R3 vervang is met 'n oop kring en R4 met 'n kortsluiting. Nadat die stroombaan saamgestel is, word die versterker met 15V van 'n DC -kragbron aangedryf. Net soos die ander komponente, is die insette en afvoer gekoppel aan 'n funksieopwekker en 'n ossilloskoop onderskeidelik. 'N Plot van die AC -sweep is gemaak, gesien in die' Low Pass Filter AC Sweep 'hierbo. Die swart plot in die LabView -simulasie van die stroombaan, wat ons resultate bevestig.

Stap 4: LabVIEW

Die LabVIEW -program wat in die prent getoon word, word gebruik om slae per minuut te bereken en om 'n visuele voorstelling van die invoer -EKG te vertoon. Die DAQ Assistant kry die insetsein en stel die monsternemingsparameters in. Die golfvormgrafiek teken dan die insette wat die DAQ ontvang in die UI om aan die gebruiker te wys. Verskeie ontledings word op die insetdata gedoen. Die maksimum waardes van die insetdata word gevind met behulp van die Max/Min -identifiseerder, en die parameters om pieke op te spoor, word bepaal met behulp van Peak Detection. Met behulp van 'n indeksskikking van die liggings van pieke, die tyd tussen maksimum waardes wat deur die verandering in tyd -komponent gegee word en verskillende rekenkundige bewerkings, word die BPM bereken en vertoon as die numeriese uitset.

Stap 5: Voltooide kring

Nadat al die komponente verbind was, is die volledige stelsel getoets met 'n gesimuleerde EKG -sein. Daarna is die kring gebruik om 'n menslike EKG te filter en te versterk met die resultate wat deur die voormelde LabView -program vertoon word. Elektrodes is aan die regter pols, linker pols en linker enkel vasgemaak. Die linker pols en regter pols was verbind met die insette van die instrumentasie versterker, terwyl die linker enkel met die grond verbind was. Die uitset van die laagdeurlaatfilter is daarna aan die DAQ Assistant gekoppel. Met dieselfde LabView -blokdiagram van voor, is die program uitgevoer. Met die menslike EKG wat deurgegaan het, was daar 'n duidelike en stabiele sein vanaf die uitset van die volledige stelsel, wat in die prent hierbo gesien kan word.