Qarku EKG (PSpice, LabVIEW, Breadboard): 3 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:27

Shënim: Kjo NUK është një pajisje mjekësore. Kjo është për qëllime edukative vetëm duke përdorur sinjale të simuluara. Nëse përdorni këtë qark për matjet e vërteta të EKG-së, ju lutemi sigurohuni që qarku dhe lidhjet qark-instrument të përdorin teknikat e duhura të izolimit

Ky udhëzues është një mënyrë e udhëzuar për të simuluar, ndërtuar dhe testuar një qark që merr, filtron dhe amplifikon sinjalet EKG. Ju do të keni nevojë për njohuri themelore të qarqeve dhe dhe pak instrumenteve për të zbatuar tërësinë e këtij udhëzimi.

Elektrokardiografia (EKG ose EKG) është një test pa dhimbje, jo invaziv që regjistron aktivitetin elektrik të zemrës dhe përdoret për të fituar njohuri mbi gjendjen e zemrës së pacientit. Për të simuluar me sukses leximin e EKG -së, sinjalet kardiake hyrëse duhet të amplifikohen (amplifikatori i instrumenteve) dhe të filtrohen (filtra të nivelit dhe të kalimit të ulët). Këta përbërës u krijuan fizikisht dhe në një imitues qarku. Për të siguruar që secili komponent po përforcon ose filtron sinjalin në mënyrë korrekte, një spastrim AC mund të kryhet duke përdorur PSpice dhe në mënyrë eksperimentale. Pas testimit me sukses të secilit komponent individualisht, një sinjal kardiak mund të futet përmes një qarku të përfunduar i përbërë nga amplifikatori i instrumenteve, filtri i nivelit dhe filtri me kalim të ulët. Pas kësaj, një sinjal i EKG -së njerëzore mund të futet përmes EKG -së dhe LabVIEW. Si forma e simuluar e valës ashtu edhe sinjali kardiak i njeriut mund të kalohen përmes LabVIEW në mënyrë që të numërohen rrahjet në minutë (BPM) të sinjalit hyrës. Në përgjithësi, një sinjal kardiak dhe sinjali njerëzor duhet të jenë në gjendje të amplifikohen dhe filtrohen me sukses, duke simuluar një EKG duke përdorur aftësitë e qarkut për të hartuar, modifikuar dhe testuar një përforcues instrumentesh, filtër të nivelit dhe qark filtri të ulët.

Hapi 1: Simuloni qarkun në kompjuter

Ju mund të përdorni çfarëdo softueri që keni në dispozicion për të simuluar qarkun që do të krijojmë. Kam përdorur PSpice kështu që do të shpjegoj detajet, por vlerat e komponentit (rezistorët, kondensatorët, etj.) Dhe mënyrat kryesore të tërheqjes janë të njëjta, kështu që mos ngurroni të përdorni diçka tjetër (të tilla si circuitlab.com) Me

Llogaritni vlerat e komponentit:

1. Së pari është përcaktimi i vlerave për amplifikatorin e instrumenteve (shiko figurën). Vlerat në figurë u përcaktuan duke pasur një fitim të dëshiruar prej 1000. Që do të thotë se çfarëdo që të jetë tensioni i hyrjes që furnizoni këtë pjesë të qarkut do ta 'amplifikojë' këtë me vlerën e fitimit. Për shembull, nëse siguroni 1V siç bëra unë, dalja duhet të jetë 1000V. Ekzistojnë dy pjesë të këtij amplifikuesi të instrumenteve, kështu që fitimi ndahet mes tyre i shënuar si K1 dhe K2. Shihni figurën e përfshirë, ne duam që fitimet të jenë të afërta (prandaj ekuacioni 2 në figurë), ekuacionet 2 dhe 3 në figurë gjenden me analizë nodale, dhe pastaj vlerat e rezistencës mund të llogariten (shiko figurën).
2. Vlerat e rezistencës për filtrin e nivelit u përcaktuan duke vendosur faktorin e cilësisë, Q, në 8 dhe për shkak të faktit që e dinim që kishim shumë kondensatorë 0.022uF në dispozicion, atëherë ne ecëm përpara në llogaritjet duke përdorur këto dy kushte. Shihni figurën me ekuacionet 5 - 10 për të llogaritur vlerat. Ose përdorni R1 = 753.575Ω, R2 = 192195Ω, R3 = 750.643Ω, kjo është ajo që bëmë!
3. Filtri me kalim të ulët është për të hequr zhurmën mbi një frekuencë të caktuar të cilën e gjetëm në internet se për EKG është mirë të përdoret një frekuencë ndërprerëse për 250 Hz. Nga kjo frekuencë dhe ekuacionet 11-15 (kontrolloni figurën) llogaritni vlerat e rezistencës për filtrin tuaj të kalimit të ulët. Trajtoni R3 si një qark të hapur dhe R4 si një qark të shkurtër në mënyrë që të merrni një fitim prej K = 1. Ne llogaritëm R1 = 15, 300 ohms, R2 = 25, 600 ohms, C1 = 0.022 uF, C2 = 0.047 uF.

Hapni dhe Ndërtoni në PSpice:

Me të gjitha këto vlera, Filloni PSpice - Hapni 'OrCAD Capture CIS', nëse hapet një dritare për Cadence Project Choices zgjidhni 'Allegro PCB Design CIS L', hapni skedar -> projekt i ri, shkruani një emër të zgjuar për të, zgjidhni krijoni projekt duke përdorur A/D analoge ose të përzier, zgjidhni 'krijoni një projekt të zbrazët', shihni foton për organizimin e skedarëve të projektit tuaj, brenda secilës faqe është vendi ku do të përpiloni përbërësit (rezistorët, kondensatorët, etj.) për të ndërtuar pjesën tuaj qark që dëshironi. Në secilën faqe do të klikoni në pjesën në shiritin e veglave në krye dhe klikoni në pjesë për të hapur një listë të pjesëve e cila është vendi ku kërkoni për rezistorë, kondensatorë, përforcues operacionalë dhe burime energjie. Gjithashtu në zbritjen e Vendit do të gjeni terren dhe tela të cilat do t'ju duhet të përdorni. Tani hartoni secilën nga faqet tuaja siç shihet në fotografitë e përfshira duke përdorur vlerat që keni llogaritur.

Drejtoni AC Sweeps për të siguruar që filtrimi dhe përforcimi po ndodh në të vërtetë ashtu siç e prisni

Shtova dy figura për simulimin e këtyre. Vini re prerjen në 60 Hz dhe filtroni frekuencat e larta. Vini re ngjyrat e rreshtit dhe shprehjet e etiketuara të gjurmëve, unë gjithashtu drejtova të gjithë qarkun së bashku kështu që ju duhet të merrni një ide se çfarë duhet të prisni!

Për spastrimet zgjidhni PSpice, klikoni PSpice, New Simulation Profile, ndryshoni në AC Sweep dhe vendosni frekuencat e dëshiruara për fillimin, ndalimin dhe vlerën e rritjes. Nën menunë PSpice unë gjithashtu zgjodha shënues, të avancuar dhe zgjodha tensionin dB dhe vendosa shënuesin në vendin ku doja të matja daljen, kjo ndihmon më vonë, kështu që ju nuk keni nevojë të shtoni manualisht një ndryshues gjurmë. Pastaj shkoni përsëri në butonin e menusë PSpice dhe zgjidhni Run ose thjesht shtypni F11. Kur imituesi hapet, nëse është e nevojshme: klikoni gjurmën, shtoni gjurmë dhe pastaj zgjidhni shprehjen e duhur të gjurmës siç është V (U6: OUT) nëse dëshironi të matni daljen e tensionit në pin OUT të opamp U6.

Përforcuesi i instrumenteve: Përdorni uA741 për të tre amplifikatorët dhe vini re amplifikuesit në fotografi referohen sipas etiketës së tyre përkatëse (U4, U5, U6). Drejtoni spastrimin tuaj AC në PSpice për të llogaritur përgjigjen e frekuencës së qarkut me një hyrje të tensionit në mënyrë që dalja e tensionit të jetë e barabartë me fitimin (1000) në këtë rast.

Filtri Notch: Përdorni një burim energjie AC me një tension siç shihet në figurë dhe përforcuesin operacional uA741 dhe sigurohuni që të aktivizoni çdo amplifikator op që përdorni (mundësuar nga 15V DC). Drejtoni spastrimin AC, unë rekomandoj 30 deri në 100 Hz me rritje 10 Hz për të siguruar shkallën në 60 Hz që do të filtrojë sinjalet elektrike.

Filtri me kalim të ulët: Përdorni amplifikatorin operacional uA741 (shikoni figurën si e jona u etiketua U1) dhe furnizoni qarkun me një fuqi AC një volt. Fuqizoni përforcuesit op me një DC 15 volt dhe matni daljen për spastrimin e rrymës në kunjin 6 të U1 i cili lidhet me telin e parë në figurë. Fshirja AC përdoret për të llogaritur përgjigjen e frekuencës së qarkut dhe me një hyrje të tensionit që keni vendosur, dalja e tensionit duhet të jetë e barabartë me fitimin-1.

Hapi 2: Ndërtoni qarkun fizik në një tabelë me bukë

Kjo mund të jetë sfiduese, por unë kam besim të plotë tek ju! Përdorni vlerat dhe skemat që keni krijuar dhe testuar (me shpresë e dini që funksionojnë falë imituesit të qarkut) për ta ndërtuar këtë në një dërrasë buke. Sigurohuni që të aplikoni vetëm energji (1 Vp-p nga një gjenerator funksioni) në fillim jo në çdo fazë nëse testoni të gjithë qarkun, për të testuar të gjithë qarkun lidhni secilën pjesë (amplifikatori i instrumenteve për të prerë filtrin në kalueshmëri të ulët), sigurohuni që të furnizoni V+ dhe V- (15V) çdo amplifikator op, dhe ju mund të provoni fazat individuale duke matur daljen në frekuenca të ndryshme me oshiloskop për t'u siguruar që gjëra të tilla si filtrimi po funksionojnë. Ju mund të përdorni formën e valës së integruar kardiake në gjeneratorin e funksionit kur testoni të gjithë qarkun së bashku dhe më pas do të shihni formën e valës QRS siç pritej. Me pak zhgënjim dhe këmbëngulje ju duhet të jeni në gjendje ta ndërtoni këtë fizikisht!

Ne gjithashtu shtuam një kondensator brezi prej 0.1uF paralelisht me fuqitë e op amp që nuk janë paraqitur në PSpice.

Këtu janë disa këshilla kur ndërtoni përbërësit individualë:

Për përforcuesin e instrumenteve, nëse keni vështirësi në gjetjen e burimit të gabimit, kontrolloni secilën dalje individuale të tre amplifikatorëve. Për më tepër, sigurohuni që po furnizoni burimin e energjisë dhe hyrjen në mënyrë korrekte. Burimi i energjisë duhet të jetë i lidhur me kunjat 4 dhe 7, dhe hyrja dhe dalja e tensionit në kunjat 3 të op-amperëve të fazës së parë.

Për filtrin e nivelit, duheshin bërë disa rregullime në vlerat e rezistencës në mënyrë që filtri të filtrohej në një frekuencë prej 60 Hz. Nëse filtrimi ndodh më i lartë se 60 Hz, rritja e njërit prej rezistorëve (ne rregulluam 2) do të ndihmojë në uljen e frekuencës së filtrit (e kundërta për t'u rritur).

Për filtrin me kalim të ulët, sigurimi i vlerave të thjeshta të rezistencës (rezistorët që keni tashmë) do të zvogëlojë ndjeshëm gabimin!

Hapi 3: LabVIEW për të komplotuar valën e EKG -së dhe për të llogaritur rrahjet e zemrës (Rrahje në minutë)

Në LabVIEW do të krijoni një diagram bllok dhe një ndërfaqe të përdoruesit e cila është pjesa që do të shfaqë formën e valës së EKG -së në një grafik në funksion të kohës dhe do të shfaqë një numër dixhital të rrahjeve të zemrës. Unë bashkangjitur një fotografi të asaj që të ndërtuar në labVIEW ju mund të përdorni shiritin e kërkimit për të gjetur komponentët e nevojshëm. Jini të durueshëm me këtë dhe gjithashtu mund të përdorni ndihmën për të lexuar për secilën pjesë.

Sigurohuni që të përdorni DAQ fizike për të lidhur qarkun tuaj me kompjuterin. Në asistentin DAQ ndryshoni mostrën tuaj në të vazhdueshme dhe 4k.

Këtu janë disa këshilla për ndërtimin e diagramit:

• Lidhja DAQ Assistant po del nga "të dhënat" dhe "stop".
• DAQ Asistent për të "formuar valën" në min max.
• Klikoni me të djathtën, krijoni dhe zgjidhni konstante për numrin e parë në figurë.
• Klikoni me të djathtën, zgjidhni artikullin, dt, kjo është për të ndryshuar t0 në dt
• Zbulimi i pikut ka lidhje në "sinjal në", "prag" dhe "gjerësi"
• Lidhu me "array" dhe konstantet në "index"
• Sigurohuni që kunja fizike e bordit DAQ (dmth analoge 8) është kunja që zgjidhni në Asistentin DAQ (shiko figurën)

Videoja e përfshirë 'IMG_9875.mov' është e një kompjuteri që tregon ndërfaqen e përdoruesit VI të LabVIEW duke shfaqur ndryshimin e formës valore të EKG -së dhe rrahjet në minutë bazuar në hyrjen (dëgjoni ndërsa njoftohet se në cilën frekuencë ndryshohet).

Provoni modelin tuaj duke dërguar një hyrje të frekuencës 1Hz dhe ai ka një formë të pastër vale (shiko foton për ta krahasuar), por duhet të jesh në gjendje të lexosh 60 rrahje në minutë!

Ajo që keni bërë mund të përdoret gjithashtu për të lexuar një sinjal të EKG -së njerëzore vetëm për argëtim pasi kjo NUK është një pajisje mjekësore. Duhet të jeni akoma të kujdesshëm edhe pse me rrymën e furnizuar në dizajn. Elektroda sipërfaqësore të lidhura: pozitive në kyçin e këmbës së majtë, negative në kyçin e djathtë dhe lidhni tokën në kyçin e këmbës së djathtë. Drejtoni labVIEW -in tuaj dhe duhet të shihni që forma e valës të shfaqet në grafik dhe rrahjet në minutë gjithashtu shfaqen në kutinë e ekranit dixhital.