Design av en EKG digital skjerm og krets: 5 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

Dette er ikke et medisinsk utstyr. Dette er kun for utdanningsformål ved bruk av simulerte signaler. Hvis du bruker denne kretsen for ekte EKG-målinger, må du kontrollere at kretsen og krets-til-instrument-tilkoblingene bruker riktige isolasjonsteknikker

Målet med dette prosjektet er å bygge en krets som kan forsterke og filtrere et EKG -signal, også kjent som et elektrokardiogram. Et EKG kan brukes til å bestemme hjertefrekvens og hjerterytme, ettersom det er i stand til å oppdage de elektriske signalene som passerer gjennom forskjellige deler av hjertet i de forskjellige stadiene av hjertesyklusen. Her bruker vi en instrumenteringsforsterker, hakkfilter og et lavpassfilter for å forsterke og filtrere EKG. Deretter beregnes slagene per minutt ved bruk av LabView, og en grafisk fremstilling av EKG vises. Det ferdige produktet kan sees ovenfor.

Trinn 1: Instrumentasjonsforsterker

Den nødvendige forsterkningen for instrumenteringsforsterkeren er 1000 V/V. Dette vil tillate tilstrekkelig forsterkning av det innkommende signalet som er mye mindre. Instrumenteringsforsterkeren er delt i to deler, trinn 1 og trinn 2. Gevinsten for hvert trinn (K) bør være lik, slik at når den multipliseres sammen, er forsterkningen rundt 1000. Likningene nedenfor brukes til å beregne forsterkningen.

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

K2 = -R4/R3

Fra disse ligningene ble verdiene til R1, R2, R3 og R4 funnet. For å bygge kretsen sett på bildene, ble tre uA741 operasjonsforsterkere og motstander brukt. Op -forsterkerne drives med 15V fra en likestrømforsyning. Inngangen til instrumenteringsforsterkeren var koblet til en funksjonsgenerator og utgangen ble koblet til et oscilloskop. Deretter ble det tatt en vekselstrøm, og forsterkningen for instrumentforsterkeren ble funnet, som du kan se på plottet "Instrumentasjonsforsterkerforsterkning" ovenfor. Til slutt ble kretsen gjenskapt i LabView, hvor en simulering av gevinsten ble kjørt, som det kan sees i det svarte plottet ovenfor. Resultatene bekreftet at kretsen fungerte riktig.

Trinn 2: Hakkfilter

Hakkfilteret brukes til å fjerne støy som oppstår ved 60 Hz. Verdiene til komponentene kan beregnes ved hjelp av ligningene nedenfor. En kvalitetsfaktor (Q) på 8 ble brukt. C ble valgt gitt de tilgjengelige kondensatorene.

R1 = 1/(2*Q*ω*C)

R2 = 2*Q/(ω*C)

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

Motstands- og kondensatorverdiene ble funnet og kretsen ovenfor ble konstruert, de beregnede verdiene kan sees der. Den operative forsterkeren ble drevet av en likestrømforsyning, med inngangen koblet til en funksjonsgenerator og utgangen til et oscilloskop. Å kjøre en AC Sweep resulterte i plottet "Notch Filter AC Sweep" ovenfor, som viste at en frekvens på 60 Hz var fjernet. For å bekrefte dette ble det kjørt en LabView -simulering som bekreftet resultatene.

Trinn 3: Lavpassfilter

Et andre ordens Butterworth lavpassfilter brukes, med en avbruddsfrekvens på 250Hz. For å løse motstands- og kondensatorverdiene ble ligningene nedenfor brukt. For disse ligningene ble grensefrekvensen i Hz endret til å være i rad/sek, som ble funnet å være 1570,8. En forsterkning på K = 1 ble brukt. Verdiene for a og b ble levert til henholdsvis 1.414214 og 1.

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

Når verdiene var beregnet, ble kretsen konstruert med verdiene, som kan sees på et av bildene ovenfor. Det skal bemerkes at siden en forsterkning på 1 ble brukt, ble R3 erstattet med en åpen krets og R4 ble erstattet med en kortslutning. Når kretsen var satt sammen, ble op -forsterkeren drevet med 15V fra en likestrømforsyning. I likhet med de andre komponentene ble inngang og utgang koblet til henholdsvis en funksjonsgenerator og et oscilloskop. Et plott av AC -feien ble opprettet, sett i "Low Pass Filter AC Sweep" ovenfor. Plottet i svart i LabView -simuleringen av kretsen, som bekrefter resultatene våre.

Trinn 4: LabVIEW

LabVIEW -programmet som vises på bildet, brukes til å beregne slag per minutt, og for å vise en visuell fremstilling av inngang -EKG. DAQ Assistant henter inngangssignalet og angir samplingsparametere. Bølgeformgrafen plotter deretter inngangen DAQ mottar i brukergrensesnittet for å vise for brukeren. Det gjøres flere analyser på inndataene. Maksimalverdiene for inndataene blir funnet ved hjelp av Maks/Min -identifikatoren, og parametrene for å oppdage topper settes ved hjelp av Peak Detection. Ved å bruke en indeksmatrise med plasseringene til topper, tiden mellom maksimumsverdier gitt av komponenten Endring i tid og forskjellige aritmetiske operasjoner, beregnes og vises BPM som den numeriske utgangen.

Trinn 5: Fullført krets

Når alle komponentene var koblet til, ble hele systemet testet med et simulert EKG -signal. Deretter ble kretsen brukt til å filtrere og forsterke et menneskelig EKG med resultatene vist gjennom det ovennevnte LabView -programmet. Elektroder var festet til høyre håndledd, venstre håndledd og venstre ankel. Venstre håndledd og høyre håndledd var koblet til inngangene til instrumenteringsforsterkeren, mens venstre ankel var koblet til bakken. Utgangen fra lavpassfilteret ble deretter koblet til DAQ Assistant. Ved å bruke det samme LabView -blokkdiagrammet fra før, ble programmet kjørt. Mens det menneskelige EKG passerte, ble det sett et klart og stabilt signal fra utgangen til hele systemet, som kan sees på bildet ovenfor.