EKG og puls digital monitor: 7 trinn (med bilder)

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

Et elektrokardiogram, eller EKG, er en veldig gammel metode for måling og analyse av hjertes helse. Signalet som leses fra et EKG kan indikere et sunt hjerte eller en rekke problemer. En pålitelig og nøyaktig design er viktig fordi hvis EKG -signalet viser en deformert bølgeform eller feil hjerterytme, kan en person bli feildiagnostisert. Målet er å designe en EKG -krets som er i stand til å skaffe, forsterke og filtrere EKG -signalet. Konverter deretter signalet gjennom en A/D-omformer til Labview for å produsere en sanntidsgraf og hjerteslag i BPM av EKG-signalet. Utgangsbølgeformen skal se ut som dette bildet.

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: Design kretsen

Kretsen må være i stand til å hente og forsterke et EKG -signal. For å gjøre det, vil vi kombinere tre aktive filtre; en instrumenteringsforsterker, en andreordens Butterworth lavpassfilter og et hakkfilter. Utformingen av disse kretsene kan sees på bildene. Vi vil gå gjennom dem en om gangen, og deretter sette dem sammen for å fullføre hele kretsen.

Trinn 2: Instrumentasjonsforsterker

Forsterkningen til instrumenteringsforsterkeren må være 1000 V/V for å få et godt signal. Forsterkning gjennom instrumenteringsforsterkeren skjer i to trinn. Det første trinnet består av de to op -forsterkerne til venstre og motstanden R1 og R2, og den andre forsterkningstrinnet består av op -forsterkeren til høyre og motstandene R3 og R4. Gevinsten (forsterkning) for trinn 1 og trinn 2 er gitt i ligning (1) og (2).

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

Fase 2: K2 = R4/R3 (2)

Et viktig notat om gevinst i kretser er det som er multiplikativt; f.eks. gevinsten for den totale kretsen i figur 2 er K1*K2. Disse ligningene produserer verdiene vist i skjematisk. Materialene som trengs for dette filteret er tre LM741 op ampere, tre 1k ohm motstander, to 24,7 kohm motstander og to 20 kohm motstander.

Trinn 3: Hakkfilter

Det neste trinnet er et hakkfilter for å kutte støy ved 60 Hz. Denne frekvensen må kuttes fordi det er mye ekstra støy ved 60 Hz på grunn av forstyrrelser i kraftledningen, men det vil ikke ta ut noe signifikant fra EKG -signalet. Verdiene for komponentene som brukes i kretsen er basert på frekvensen du vil filtrere bort, i dette tilfellet 60 Hz (377 rad/s). Komponentligningene er som følger

R1 = 1/ (6032*C)

R2 = 16 / (377*C)

R3 = (R1R2)/ (R1 + R2)

Materialene som kreves for dette var en LM741 op -amp, tre motstander med verdiene 1658 ohm, 424,4 kohm og 1651 ohm og 3 kondensatorer, to ved 100 nF og en ved 200 nF.

Trinn 4: Lavpassfilter

Den siste fasen er et andreordens Butterworth lavpassfilter med en cutoff-frekvens på 250 Hz. Dette er grensefrekvensen fordi et EKG -signal bare varierer til maks 250 Hz. Ligningene for verdiene til komponentene i filteret er definert i følgende ligninger:

R1 = 2/ (1571 (1.4C2 + sorter (1.4^2 * C2^2 - 4C1C2)))

R2 = 1 / (1571*C1*C2*R1)

C1 <(C2 *1,4^2) / 4

Materialene som kreves for dette filteret var en LM741 op amp, to motstander på 15,3 kohm og 25,6 kohm, og to kondensatorer på 47 nF og 22 nF.

Når alle tre stadiene er designet og bygget, skal den siste kretsen se ut som bildet.

Trinn 5: Test kretsen

Etter at kretsen er bygget, må den testes for å sikre at den fungerer som den skal. Et vekselstrømssvep må kjøres på hvert filter ved hjelp av et hjerteinngangssignal ved 1 Hz fra en spenningsgenerator. Størrelsesresponsen i dB skal se ut som bildene. Hvis resultatene fra vekselstrømmen er riktige, er kretsen ferdig og klar til bruk. Hvis svarene ikke er riktige, må kretsen feilsøkes. Start med å sjekke alle tilkoblinger og strøminnganger for å sikre at alt har en god tilkobling. Hvis dette ikke løser problemet, bruker du ligningene for komponentene i filtrene for å justere verdiene til motstander og kondensatorer etter behov til utgangen er der den skal være.

Trinn 6: Bygg en VUI i Labview

Labview er en digital datainnsamlingsprogramvare som lar en bruker designe et VUI eller virtuelt brukergrensesnitt. Et DAQ -kort er en A/D -omformer som kan konvertere og overføre EKG -signalet til Labview. Ved hjelp av denne programvaren kan EKG -signalet plottes på en amplitude vs. tid graf for å tydelig lese signalet og deretter konvertere signalet til et hjerteslag i BPM. Det første som kreves for dette er et DAQ -kort som henter data og konverterer det til et digitalt signal for å sende til Labview på datamaskinen. Det første som måtte legges til Labview -designen var DAQ Assistant, som henter signalet fra DAQ -kortet og definerer samplingsparametrene. Det neste trinnet er å koble en bølgeformgraf til utgangen fra DAQ -assistenten på VUI -designet som plotter EKG -signalet som viser EKG -bølgeformen. Nå som kurven for kurven er fullført, må dataene også konverteres for å produsere en numerisk utgang av hjertefrekvensen. Det første trinnet i denne beregningen var å finne maksimumet for EKG -dataene ved å koble maks/min -elementet til utgangen av DAQ -dataene i VUI, og deretter sende dette ut til et annet element kalt toppdeteksjon og til et element som ville finne endring i tid kalt dt. Toppdeteksjonselementet trengte også en terskel fra max/min som ble beregnet ved å ta maksimumet fra max min -elementet og multiplisere det med 0,8, for å finne 80% av maksimalverdien, deretter matet inn i toppdetekteringselementet. Denne terskelen tillot toppdeteksjonselementet å finne maksimum for R -bølgen og plasseringen hvor maks oppstod ved ignorering av de andre toppene i signalet. Plasseringene til toppene ble deretter sendt til et indeksoppsettelement lagt til neste på VUI. Indeksmatriselementet ble satt til å lagre på matrise med og indeks som starter på 0, og deretter et annet som starter med en indeks på 1. Deretter ble disse trukket fra hverandre for å finne forskjellen mellom de to topplasseringene, som tilsvarer tallet poeng mellom hver topp. Antall poeng multiplisert med tidsforskjellen mellom hvert punkt gir tiden det tar før hvert slag oppstår. Dette ble oppnådd ved å multiplisere utgangen fra dt -elementet og utgangen fra subtraksjonen av de to matrisene. Dette tallet ble deretter delt med 60, for å finne slagene i minuttet, og deretter sendt ut med et numerisk indikatorelement på VUI. Oppsettet av VUI -designet i Labview er vist i figuren.

Trinn 7: Sett alt sammen

Når VUI er ferdig på Labview, er det siste trinnet å koble kretsen til DAQ -kortet, slik at signalet går gjennom kretsen, inn i kortet, deretter til Labview. Hvis alt fungerer som det skal, skal et 1 Hz -signal produsere bølgeformen vist på figuren og et hjerteslag på 60 slag per minutt. Nå har du en fungerende EKG og pulsmåler.