ECG Circuit (PSpice, LabVIEW, Breadboard): 3 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Tandaan: HINDI ito isang aparatong medikal. Ito ay para sa mga layuning pang-edukasyon na gumagamit lamang ng mga simulate signal. Kung ginagamit ang circuit na ito para sa totoong mga sukat ng ECG, mangyaring tiyakin na ang circuit at ang mga koneksyon sa circuit-to-instrument ay gumagamit ng wastong mga diskarte sa paghihiwalay

Ang itinuturo na ito ay isang gabay na paraan upang gayahin, buuin, at subukan ang isang circuit na tumatagal, sinasala, at pinapalakas ang mga signal ng ECG. Kakailanganin mo ng pangunahing kaalaman sa mga circuit at at ilang mga instrumento upang maipatupad ang kabuuan ng itinuturo na ito.

Ang Electrocardiography (ECG o EKG) ay isang walang sakit, hindi nagsasalakay na pagsubok na nagtatala ng aktibidad ng kuryente ng puso at ginagamit upang makakuha ng pananaw sa estado ng puso ng pasyente. Upang matagumpay na gayahin ang isang pagbabasa ng ECG, ang mga signal ng pag-input ng puso ay kailangang palakasin (instrumentation amplifier) at sinala (notch at low pass filters). Ang mga sangkap na ito ay nilikha pisikal at sa isang circuit simulator. Upang matiyak na ang bawat sangkap ay tama na nagpapalaki o pag-filter ng signal, isang AC sweep ay maaaring isagawa gamit ang PSpice at pang-eksperimento. Matapos matagumpay na subukan ang bawat bahagi nang paisa-isa, ang isang signal ng puso ay maaaring mai-input sa pamamagitan ng isang nakumpleto na circuit na binubuo ng amplumentation ng instrumentation, notch filter, at low pass filter. Pagkatapos, ang isang senyas ng ECG ng tao ay maaaring mai-input sa pamamagitan ng ECG at LabVIEW. Parehong ang simulate na form ng alon at signal ng puso para sa tao ay maaaring patakbuhin sa pamamagitan ng LabVIEW upang mabilang ang mga beats bawat minuto (BPM) ng input signal. Sa pangkalahatan, ang isang senyas ng pag-input ng puso at signal ng tao ay dapat na matagumpay na mapalakas at masala, na ginagaya ang isang ECG gamit ang mga kasanayan sa circuit upang magdisenyo, magbago, at subukan ang isang instrumentation amplifier, notch filter, at low pass filter circuit.

Hakbang 1: Gayahin ang Circuit sa Computer

Maaari mong gamitin ang anumang software na magagamit mo upang gayahin ang circuit na lilikha namin. Gumamit ako ng PSpice kaya't iyan ang ipapaliwanag ko sa mga detalye ngunit ang mga halaga ng sangkap (resistor, capacitor, atbp.) At ang pangunahing mga away ay pareho kaya huwag mag-atubiling gumamit ng iba pa (tulad ng circuitlab.com).

Kalkulahin ang mga halaga ng bahagi:

1. Una ay upang matukoy ang mga halaga para sa instrumentation amplifier (tingnan ang larawan). Ang mga halaga sa larawan ay natutukoy sa pamamagitan ng pagkakaroon ng ninanais na makakuha ng 1000. Na nangangahulugang anuman ang input boltahe na ibibigay mo sa bahaging ito ng circuit ay 'magpapalakas' sa pamamagitan ng halaga ng makakuha. Halimbawa kung magbigay ka ng 1V tulad ng ginawa ko ang output ay dapat na 1000V. Mayroong dalawang bahagi sa amplifier ng kagamitan na ito, kaya't ang kita ay nahahati sa kanila na nabanggit bilang K1 at K2. Tingnan ang kasama na larawan, nais naming maging malapit ang mga nakuha (kaya nga ang equation 2 sa larawan), ang mga equation na 2 at 3 sa larawan ay matatagpuan sa pagtatasa ng nodal, at pagkatapos ay maaaring makalkula ang mga halaga ng resistor (tingnan ang larawan).
2. Ang mga halaga ng risistor para sa filter ng bingaw ay natutukoy sa pamamagitan ng pagtatakda ng kalidad na kadahilanan, Q, hanggang 8 at dahil sa katotohanan na alam namin na mayroon kaming maraming magagamit na 0.022uF capacitors, pagkatapos ay sumulong kami sa mga kalkulasyon gamit ang dalawang kundisyon na ito. Tingnan ang larawan na may mga equation 5 - 10 upang makalkula ang mga halaga. O gumamit ng R1 = 753.575Ω, R2 = 192195Ω, R3 = 750.643Ω, na kung saan ang ginawa namin!
3. Ang low pass filter ay upang alisin ang ingay sa itaas ng isang tiyak na dalas na nahanap namin sa online na para sa ECG ay mahusay na gumamit ng isang cutoff frequency fo, na 250 Hz. Mula sa dalas na ito at mga equation 11-15 (suriin ang larawan) kalkulahin ang mga halaga ng risistor para sa iyong mababang pass filter. Tratuhin ang R3 bilang isang bukas na circuit at R4 bilang isang maikling circuit upang makakuha ng isang nakuha ng K = 1. Kinakalkula namin ang R1 = 15, 300 ohms, R2 = 25, 600 ohms, C1 = 0.022 uF, C2 = 0.047 uF.

Buksan at Bumuo sa PSpice:

Sa lahat ng halagang ito, Simulan ang PSpice - Buksan ang 'OrCAD Capture CIS', kung ang isang pop up para sa Mga Pagpipilian sa Cadence Project ay bubukas piliin ang 'Allegro PCB Design CIS L', buksan ang file -> bagong proyekto, mag-type ng isang matalino na pangalan para dito, piliin ang lumikha ng proyekto gamit ang analog o halo-halong A / D, piliin ang 'lumikha ng isang blangkong proyekto', tingnan ang larawan para sa pagsasaayos ng file ng iyong proyekto, sa loob ng bawat pahina ay kung saan mo isulat ang mga sangkap (resistors, capacitor, atbp.) upang maitayo ang bahagi ng iyong circuit na gusto mo. Sa bawat pahina ay mag-click ka sa bahagi sa tool bar sa tuktok at mag-click sa bahagi upang buksan ang isang listahan ng mga bahagi na kung saan ka naghahanap para sa mga resistor, capacitor, pagpapatakbo na amplifier, at mga mapagkukunan ng kuryente. Gayundin sa drop down na Lugar ay makakahanap ka ng lupa at kawad na kakailanganin mong gamitin. Idisenyo ngayon ang bawat isa sa iyong mga pahina tulad ng nakikita sa mga kasamang larawan gamit ang mga halagang iyong nakalkula.

Patakbuhin ang AC sweep upang matiyak na ang pag-filter at amplifying ay talagang nangyayari tulad ng inaasahan mo

Nagdagdag ako ng dalawang numero para sa simulation ng mga ito. Pansinin ang notch sa 60 Hz at pag-filter ng mataas na mga frequency. Tandaan ang mga kulay ng linya at may label na mga expression ng bakas, pinatakbo ko rin ang buong circuit nang sa gayon dapat mong makuha ang isang ideya kung ano ang dapat mong asahan!

Para sa sweep piliin ang PSpice, i-click ang PSpice, Bagong Simulation Profile, baguhin sa AC Sweep at itakda ang nais na mga frequency para sa pagsisimula, paghinto, at ang halaga ng pagtaas. Sa ilalim ng menu ng PSpice pumili din ako ng mga marker, advanced, at pumili ng boltahe dB at ilagay ang marker kung saan ko nais na sukatin ang output makakatulong ito sa paglaon upang hindi mo manu-manong magdagdag ng isang trace alter. Pagkatapos ay pumunta muli sa pindutan ng menu ng PSpice at piliin ang Run o pindutin lamang ang F11. Kapag binuksan ang simulator, kung kinakailangan: mag-click sa bakas, magdagdag ng bakas, at pagkatapos ay piliin ang naaangkop na expression ng bakas tulad ng V (U6: OUT) kung nais mong masukat ang output ng boltahe sa pin OUT ng opamp U6.

Instrumentation Amplifier: Gamitin ang uA741 para sa lahat ng tatlong mga amplifier at tandaan na ang mga amplifier sa mga larawan ay isinangguni ayon sa kani-kanilang label (U4, U5, U6). Patakbuhin ang iyong AC sweep sa PSpice upang makalkula ang dalas na tugon ng circuit gamit ang isang boltahe na input upang ang output ng boltahe ay dapat na katumbas ng nakuha (1000) sa kasong ito.

Notch Filter: Gumamit ng isang boltahe na pinagmulan ng kuryente ng AC tulad ng nakikita sa larawan at ang pagpapatakbo na amplifier uA741 at tiyaking mapagana ang bawat op amp na ginagamit mo (pinalakas ng 15V DC). Patakbuhin ang pagwawalis ng AC, inirerekumenda ko ang 30 hanggang 100 Hz ng 10 Hz na mga pagtaas upang matiyak ang bingaw sa 60 Hz na mag-filter ng mga signal ng elektrisidad.

Low Pass Filter: Gamitin ang amplifier ng pagpapatakbo ng uA741 (tingnan ang pigura tulad ng sa amin ay may label na U1), at ibigay ang circuit ng isang boltaheng AC na lakas. I-power ang op amps gamit ang isang DC 15 volts at sukatin ang output para sa AC sweep sa pin 6 ng U1 na kumokonekta sa wire na nakikita sa larawan. Ang AC sweep ay ginagamit upang makalkula ang dalas na tugon ng circuit at sa isang boltahe na itinakda mo, ang output ng boltahe ay dapat na katumbas ng nakuha- 1.

Hakbang 2: Buuin ang Physical Circuit sa isang Breadboard

Maaari itong maging mahirap ngunit buong tiwala ako sa iyo! Gamitin ang mga halaga at iskema na iyong nilikha at nasubukan (inaasahan kong alam na gumagana ang mga ito salamat sa circuit simulator) upang maitayo ito sa isang breadboard. Siguraduhing mag-apply lamang ng kapangyarihan (1 Vp-p ng isang function generator) sa simula hindi sa bawat yugto kung susubukan ang buong circuit, para sa pagsubok sa buong circuit ikonekta ang bawat bahagi (instrumentation amplifier sa notch filter sa mababang pass), tiyaking upang magbigay ng V + at V- (15V) sa bawat op amp, at maaari mong subukan ang mga indibidwal na yugto sa pamamagitan ng pagsukat ng output sa iba't ibang mga frequency sa oscilloscope upang matiyak na gumagana ang mga bagay na tulad nito. Maaari mong gamitin ang built-in na heartform waveac sa generator ng pag-andar kapag sinubukan mong magkasama ang buong circuit at makikita mo ang QRS waveform na inaasahan. Sa isang maliit na pagkabigo at pagtitiyaga dapat mong pisikal na mabuo ito!

Nagdagdag din kami ng isang capacitor ng banda ng 0.1uF kahanay sa mga op amp na kapangyarihan na hindi nakalarawan sa PSpice.

Narito ang ilang mga tip kapag nagtatayo ng mga indibidwal na bahagi:

Para sa amplifier ng instrumentation, kung nahihirapan kang hanapin ang mapagkukunan ng error, suriin ang bawat indibidwal na output ng tatlong mga op-amp. Bilang karagdagan, tiyaking naghahatid ka ng mapagkukunan ng kuryente at wastong pag-input. Ang mapagkukunan ng kuryente ay dapat na konektado sa pin 4 at 7, at ang input ng boltahe at output sa mga pin 3 ng unang yugto ng mga op-amp.

Para sa filter ng bingaw, ang ilang mga pagsasaayos sa mga halaga ng risistor ay kailangang gawin upang makuha ang filter upang ma-filter sa dalas na 60 Hz. Kung ang pag-filter ay nangyayari nang mas mataas sa 60 Hz, ang pagtaas ng isa sa mga resistors (inayos namin ang 2) ay makakatulong na ibaba ang dalas ng filter (kabaligtaran upang madagdagan).

Para sa low-pass filter, ang pagtiyak sa mga simpleng halaga ng risistor (resistors mayroon ka na) ay magbabawas ng error nang malaki!

Hakbang 3: LabVIEW sa Plot ECG Waveform at Kalkulahin ang Rate ng Puso (Beats Per Minute)

Sa LabVIEW lilikha ka ng isang bloke diagram at isang interface ng gumagamit na kung saan ay ang bahagi na ipapakita ang ECG waveform sa isang grap bilang isang pagpapaandar ng oras at magpapakita ng isang digital na rate ng rate ng puso. Nag-attach ako ng larawan kung ano ang itatayo sa labVIEW maaari mong gamitin ang search bar upang makita ang mga kinakailangang bahagi. Maging mapagpasensya dito at maaari mo ring magamit ang tulong upang mabasa ang tungkol sa bawat piraso.

Tiyaking gamitin ang pisikal na DAQ upang ikonekta ang iyong circuit sa computer. Sa katulong ng DAQ baguhin ang iyong sampling sa tuluy-tuloy at 4k.

Narito ang ilang payo sa pagbuo ng diagram:

• Ang koneksyon ng DAQ Assistant ay lalabas sa "data" at "ihinto".
• DAQ Assistant na "mag-form in" sa min max.
• Mag-right click, lumikha, at pumili ng pare-pareho para sa bilang na nakikita sa larawan.
• Pag-right click, piliin ang item, dt, ito ay upang palitan ang t0 sa dt
• Ang pagtuklas ng rurok ay may mga koneksyon sa "signal in", "threshold", at "width"
• Kumonekta sa "array" at ang mga pare-pareho sa "index"
• Siguraduhin na ang pisikal na board ng DAQ board (hal. Analog 8) ang pin na pinili mo sa DAQ Assistant (tingnan ang larawan)

Ang kasamang video na 'IMG_9875.mov' ay isang computer na ipinapakita ang interface ng VI User ng LabVIEW na nagpapakita ng pagbabago ng ECG waveform at beats bawat minuto batay sa input (makinig habang inihayag kung ano ang binago ang dalas).

Subukan ang iyong disenyo sa pamamagitan ng pagpapadala ng isang 1Hz dalas na pag-input at mayroon itong malinis na form ng alon (tingnan ang larawan upang ihambing) ngunit dapat mong mabasa ang 60 beats bawat minuto!

Ang nagawa mo ay maaari ding magamit upang mabasa ang isang senyas ng ECG para sa kasiyahan lamang dahil HINDI ito isang aparatong medikal. Kailangan mo pa ring maging maingat kahit na may kasalukuyang naibigay sa disenyo. Nakalakip na mga electrode sa ibabaw: positibo sa kaliwang bukung-bukong, negatibo sa kanang pulso, at ilakip ang lupa sa kanang bukung-bukong. Patakbuhin ang iyong labVIEW at dapat mong makita ang paglitaw ng alon sa grap at ang mga beats bawat minuto ay pop up din sa digital display box.