Elektrokardiogramkrets: 4 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Hallo! Dette er skrevet av to studenter som for tiden studerer biomedisinsk ingeniørfag og tar en kretsløype. Vi har laget et EKG, og vi er veldig glade for å dele det med deg.

Rekvisita

De grunnleggende forsyningene som vil være nødvendige for dette prosjektet inkluderer:

- brødbrett

- motstander

- kondensatorer

- operasjonelle forsterkere (LM741)

- elektroder

Du trenger også det elektroniske utstyret som er oppført:

- DC strømforsyning

- Funksjonsgenerator

- Oscilloskop

Trinn 1: Differensialforsterker

Hvorfor er det nødvendig?

Differensialforsterkeren brukes til å forsterke signalet og for å redusere støyen som kan oppstå mellom elektrodene. Støyen reduseres ved å ta differansen i spenning fra de to elektrodene. For å bestemme nødvendige motstandsverdier bestemte vi oss for at vi ville at forsterkeren skulle skape en gevinst på 1000.

Hvordan er det bygget?

For å oppnå dette ble forsterkningsligningen for en differensialforsterker brukt, matematikken finner du i vedlagte bilde. Ved beregning ble det funnet at motstandsverdiene skulle være 100Ω og 50kΩ. Siden vi imidlertid ikke hadde en 50 kΩ motstand, brukte vi 47 kΩ. Oppsettet av differensialforsterkeren for både LTSpice og brødbrettet kan sees på vedlagte foto. Differensialforsterkeren krever et brødbrett for å koble den til, 1 x 100Ω motstand, 6 x 47kΩ motstand, 3 LM741 operasjonsforsterkere og mange hoppetråder.

Hvordan teste det?

Når du tester i LTSpice og på den fysiske enheten, vil du være sikker på at den gir en gevinst på 1000. Dette gjøres ved å bruke forsterkningsligningen for forsterkning = Vout/ Vin. Vout er topp til topp produksjon og Vin er topp til topp input. For eksempel, for å teste på funksjonsgeneratoren, ville jeg legge inn 10 mV topp-til-topp i kretsen, så jeg burde få en utgang på 10V.

Trinn 2: Hakkfilter

Hvorfor er det nødvendig?

Et hakkfilter er opprettet for å eliminere støy. Siden de fleste bygninger har 60 Hz vekselstrøm som ville skape støy i kretsen, bestemte vi oss for å lage et hakkfilter som demper signalet ved 60 Hz.

Hvordan bygge den?

Hakkfilterdesignet er basert på bildet ovenfor. Ligningene for å beregne verdiene for motstandene og kondensatorene er også oppført ovenfor. Vi bestemte oss for å bruke en frekvens på 60 Hz og 0,1 uF kondensatorer siden det er en kondensatorverdi vi hadde. Ved beregning av ligningene fant vi at R1 og R2 var lik 37, 549 kΩ og verdien for R3 er 9021,19 Ω. For å kunne lage disse verdiene på kretskortet vårt, brukte vi 39 kΩ for R1 og R2 og 9,1 kΩ for R3. Totalt sett krever hakkfilteret 1 x 9,1 kΩ motstand, 2 x 39 kΩ motstand, 3 x 0,1 uF kondensator, 1 LM741 driftsforsterkere og mange jumperkabler. Skjematisk oppsett av hakkfilteret for både LTSpice og brødbrettet er i bildet over.

Hvordan teste det?

Funksjonen til hakkfilteret kan testes ved å gjøre en vekselstrømssvep. Alle frekvenser bør passere gjennom filteret bortsett fra 60 Hz. Dette kan testes på både LTSpice og den fysiske kretsen

Trinn 3: Lavpassfilter

Hvorfor er det nødvendig?

Et lavpassfilter er nødvendig for å redusere støyen fra kroppen din og rommet rundt oss. Når du bestemte avbruddsfrekvensen for lavpassfilteret, var det viktig å tenke på at et hjerteslag oppstår fra 1 Hz- 3 Hz og bølgeformene som utgjør EKG er nær 1- 50 Hz.

Hvordan bygge den?

Vi bestemte oss for å gjøre cutoff -frekvensen til 60 Hz, slik at vi fortsatt kunne få alle nyttige signaler, men også kutte ut det unødvendige signalet. Da vi bestemte avskjæringsfrekvensen for 70 Hz, bestemte vi oss for å velge kondensatorverdien på 0,15uF siden den var en i settet vårt. Beregningen for kondensatorverdien kan sees på bildet. Resultatet av beregningen var en motstandsverdi på 17.638 kΩ. Vi valgte å bruke en 18 kΩ motstand. Lavpassfilteret krever 2 x 18kΩ motstand, 2x0,15 uF kondensator, 1 LM741 driftsforsterkere og mange hoppekabler. Skjemaet for lavpassfilteret for både LTSpice og fysiske kretser finnes i bildet.

Hvordan teste det?

Lavpassfilteret kan testes ved hjelp av en AC-feier på både LTSpice og fysisk krets. Når du kjører vekselstrømsspenningen, bør du se frekvensene nedenfor for avbrudd er uendret, men frekvensene over avbruddet begynner å bli filtrert ut.

Trinn 4: Fullfør prosjektet

Når kretsen er fullført, skal den se ut som bildet ovenfor! Du er nå klar til å feste elektrodene til kroppen din og se EKG! Sammen med oscilloskopet kan EKG også vises på Arduino.