Hvordan bygge et EKG og pulsmåler: 6 trinn

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

Et elektrokardiogram (EKG) måler den elektriske aktiviteten til hjerteslaget for å vise hvor raskt hjertet slår, så vel som rytmen. Det er en elektrisk impuls, også kjent som en bølge, som beveger seg gjennom hjertet for å få hjertemuskelen til å pumpe ut blod for hvert slag. Høyre og venstre atria skaper den første P -bølgen, og høyre og venstre bunnventrikler gjør QRS -komplekset. Den siste T -bølgen er fra elektrisk gjenoppretting til hviletilstand. Leger bruker EKG -signaler for å diagnostisere hjertesykdommer, så det er viktig å få klare bilder.

Målet med denne instruksen er å skaffe og filtrere et elektrokardiogram (EKG) signal ved å kombinere en instrumenteringsforsterker, hakkfilter og lavpassfilter i en krets. Deretter vil signalene gå gjennom en A/D-omformer til LabView for å produsere en sanntidsgraf og hjerteslag i BPM.

"Dette er ikke en medisinsk enhet. 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."

Trinn 1: Utform en instrumentforsterker

For å bygge en instrumenteringsforsterker trenger vi 3 op -forsterkere og 4 forskjellige motstander. En instrumenteringsforsterker øker forsterkningen av utgangsbølgen. For denne designen sikte vi på en gevinst på 1000V for å få et godt signal. Bruk følgende ligninger for å beregne passende motstander der K1 og K2 er forsterkningen.

Trinn 1: K1 = 1 + (2R2/R1)

Trinn 2: K2 = -(R4/R3)

For denne designen ble R1 = 20.02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω brukt.

Trinn 2: Utform et hakkfilter

For det andre må vi bygge et hakkfilter ved hjelp av en op -forsterker, motstander og kondensatorer. Formålet med denne komponenten er å filtrere ut støy ved 60 Hz. Vi vil filtrere nøyaktig ved 60 Hz, så alt under og over denne frekvensen vil passere, men amplituden til bølgeformen vil være lavest ved 60 Hz. For å bestemme parametrene til filteret brukte vi en forsterkning på 1 og en kvalitetsfaktor på 8. Bruk ligningene nedenfor for å beregne passende motstandsverdier. Q er kvalitetsfaktoren, w = 2*pi*f, f er senterfrekvensen (Hz), B er båndbredden (rad/sek), og wc1 og wc2 er grensefrekvensene (rad/sek).

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

Q = m/B

B = wc2 - wc1

Trinn 3: Utform et lavpassfilter

Formålet med denne komponenten er å filtrere ut frekvenser over en viss grensefrekvens (wc), i hovedsak ikke la dem passere gjennom. Vi bestemte oss for å filtrere ved 250 Hz frekvens for å unngå å kutte for nær gjennomsnittsfrekvensen som brukes til å måle et EKG -signal (150 Hz). For å beregne verdiene vi skal bruke for denne komponenten, bruker vi følgende ligninger:

C1 <= C2 (a^2 + 4b (k-1)) / 4b

C2 = 10/cutoff frekvens (Hz)

R1 = 2 / (wc (a*C2 + (a^2 + 4b (k -1) C2^2 - 4b*C1*C2)^(1/2))

R2 = 1 / (b*C1*C2*R1*wc^2)

Vi setter forsterkningen som 1, så R3 blir en åpen krets (ingen motstand) og R4 blir en kortslutning (bare en ledning).

Trinn 4: Test kretsen

En AC -feiing utføres for hver komponent for å bestemme filterets effekt. AC -feieren måler størrelsen på komponenten ved forskjellige frekvenser. Du forventer å se forskjellige former avhengig av komponenten. Betydningen av AC -feiingen er å sørge for at kretsen fungerer som den skal når den er bygget. For å utføre denne testen i laboratoriet, registrerer du bare Vout/Vin ved en rekke frekvenser. For instrumenteringsforsterkeren testet vi fra 50 til 1000 Hz for å få et bredt spekter. For hakkfilteret testet vi fra 10 til 90 Hz for å få en god ide om hvordan komponenten reagerer rundt 60 Hz. For lavpassfilteret testet vi fra 50 til 500 Hz for å forstå hvordan kretsen reagerer når den er ment å passere og når den er ment å stoppe.

Trinn 5: EKG -krets på LabView

Deretter vil du lage et blokkdiagram i LabView som simulerer et EKG -signal gjennom en A/D -omformer og deretter plotter signalet på datamaskinen. Vi begynte med å sette parametrene for vårt DAQ -styresignal ved å bestemme hvilken gjennomsnittlig puls vi ventet; vi valgte 60 slag per minutt. Ved å bruke en frekvens på 1 kHz kunne vi fastslå at vi trengte å vise omtrent 3 sekunder for å få 2-3 EKG-topper i bølgeformplottet. Vi viste 4 sekunder for å sikre at vi fanger nok EKG -topper. Blokkediagrammet vil lese det innkommende signalet og bruke toppdeteksjon for å avgjøre hvor ofte det oppstår et fullt hjerteslag.

Trinn 6: EKG og puls

Ved å bruke koden fra blokkdiagrammet, vil EKG vises i bølgeformboksen, og slagene i minuttet vil bli vist ved siden av den. Du har nå en fungerende pulsmåler! For å utfordre deg selv enda mer, prøv å bruke kretsen og elektrodene for å vise pulsen din i sanntid!