Pagdidisenyo ng isang ECG Digital Monitor at Circuit: 5 Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:15

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 layunin ng proyektong ito ay upang bumuo ng isang circuit na maaaring palakasin at salain ang isang senyas ng ECG, na kilala rin bilang isang electrocardiogram. Maaaring magamit ang isang ECG upang matukoy ang rate ng puso at ritmo ng puso, dahil nakakakita ito ng mga signal ng kuryente na dumaan sa iba't ibang bahagi ng puso sa iba't ibang yugto ng siklo ng puso. Gumagamit kami dito ng isang instrumentation amplifier, notch filter, at isang mababang pass filter upang palakasin at i-filter ang ECG. Pagkatapos, gamit ang LabView, ang mga beats per min ay kinakalkula at ipinakita ang isang graphic na representasyon ng ECG. Ang natapos na produkto ay makikita sa itaas.

Hakbang 1: Instrumentation Amplifier

Ang kinakailangang pakinabang para sa amplifier ng instrumento ay 1000 V / V. Papayagan nito ang sapat na pagpapalaki ng papasok na signal na mas maliit. Ang amplifier ng instrumentation ay nasira sa dalawang bahagi, Stage 1 at Stage 2. Ang pagkakaroon ng bawat yugto (K) ay dapat na magkatulad, upang kapag pinarami nang magkasama, ang nakuha ay humigit-kumulang na 1000. Ang mga equation sa ibaba ay ginagamit upang makalkula ang nakuha.

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

K2 = -R4 / R3

Mula sa mga equation na ito, natagpuan ang mga halaga ng R1, R2, R3, at R4. Upang maitayo ang circuit na nakikita sa mga imahe, ginamit ang tatlong uA741 Operational Amplifier at resistors. Ang mga op amp ay pinalakas ng 15V mula sa isang DC power supply. Ang pag-input ng Instrumentation Amplifier ay konektado sa isang Function Generator at ang output ay konektado sa isang Oscilloscope. Pagkatapos, kinuha ang isang AC sweep, at natagpuan ang nakuha na Instrumentation Amplifier, tulad ng makikita sa balangkas na "Instrumentation Amplifier Gain" sa itaas. Sa wakas, ang circuit ay muling likha sa LabView, kung saan ang isang simulation ng nakuha ay pinatakbo, tulad ng makikita sa itim na balangkas sa itaas. Ang mga resulta ay nakumpirma na gumana ng maayos ang circuit.

Hakbang 2: Filter ng Notch

Ginagamit ang filter ng bingaw upang alisin ang ingay na nangyayari sa 60 Hz. Ang mga halaga ng mga bahagi ay maaaring kalkulahin gamit ang mga equation sa ibaba. Isang kalidad na kadahilanan (Q) ng 8 ang ginamit. Napili ang C na ibinigay ang mga capacitor na magagamit.

R1 = 1 / (2 * Q * ω * C)

R2 = 2 * Q / (ω * C)

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

Ang mga halaga ng risistor at capacitor ay natagpuan at ang circuit sa itaas ay itinayo, ang mga kinakalkula na halaga ay makikita doon. Ang amplifier ng pagpapatakbo ay pinalakas ng isang DC Power Supply, na may input na konektado sa isang Function Generator at ang output sa isang Oscilloscope. Ang pagpapatakbo ng isang AC Sweep ay nagresulta sa balangkas na "Notch Filter AC Sweep" sa itaas, na ipinapakita na ang dalas na 60 Hz ay tinanggal. Upang kumpirmahin ito, isang pagpapatakbo ng LabView ang pinatakbo na kinumpirma ang mga resulta.

Hakbang 3: Mababang Pass Filter

Ginamit ang isang Pangalawang Order na butterworth low pass filter, na may isang cut off frequency na 250Hz. Upang malutas ang mga halaga ng risistor at kapasitor, ginamit ang mga equation sa ibaba. Para sa mga equation na ito, ang dalas ng cutoff sa Hz ay binago na nasa rad / sec, na nahanap na 1570.8. Ginamit ang isang nakuha na K = 1. Ang mga halaga para sa a at b ay ibinigay upang maging 1.414214 at 1 ayon sa pagkakabanggit.

R1 = 2 / (wc (isang 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)

Kapag nakalkula ang mga halaga, ang circuit ay itinayo kasama ang mga halaga, na makikita sa isa sa mga imahe sa itaas. Dapat pansinin na dahil ang isang nakuha na 1 ay ginamit, ang R3 ay pinalitan ng isang bukas na circuit at ang R4 ay pinalitan ng isang maikling circuit. Kapag ang circuit ay tipunin, pagkatapos ang op amp ay pinalakas ng 15V mula sa isang DC Power Supply. Katulad ng iba pang mga bahagi, ang input at output ay konektado sa isang Function Generator at isang Oscilloscope ayon sa pagkakabanggit. Ang isang balangkas ng sweep ng AC ay nilikha, na nakikita sa "Mababang Pass Filter AC Sweep" sa itaas. Ang balangkas na itim sa LabView simulation ng circuit, kinukumpirma ang aming mga resulta.

Hakbang 4: LabVIEW

Ang programa ng LabVIEW na ipinakita sa imahe ay ginagamit upang makalkula ang mga beats bawat minuto, at upang ipakita ang isang visual na representasyon ng input na ECG. Ang DAQ Assistant ay nakakakuha ng input signal at itinatakda ang mga parameter ng pag-sample. Pagkatapos ay pinaglaraw ng graph ng alon ang input na natatanggap ng DAQ sa UI upang ipakita sa gumagamit. Ginagawa ang maramihang mga pagsusuri sa input data. Ang pinakamataas na halaga ng data ng pag-input ay matatagpuan gamit ang Max / Min Identifier, at ang mga parameter upang makita ang mga tuktok ay itinakda gamit ang Pagtuklas ng Peak. Gamit ang isang index array ng mga lokasyon ng mga tuktok, ang oras sa pagitan ng maximum na mga halagang ibinigay ng bahagi ng Pagbabago sa Oras, at iba't ibang mga pagpapatakbo ng aritmetika, ang BPM ay kinakalkula at ipinapakita bilang bilang ng output.

Hakbang 5: Nakumpleto na ang Circuit

Kapag ang lahat ng mga bahagi ay nakakonekta, ang buong system ay nasubok na may isang simulate na ECG signal. Pagkatapos, ginamit ang circuit upang salain at palakasin ang isang ECG ng tao na may mga resulta na ipinakita sa pamamagitan ng nabanggit na programa ng LabView. Ang mga electrode ay nakakabit sa kanang pulso, kaliwang pulso, at kaliwang bukung-bukong. Ang kaliwang pulso at kanang pulso ay konektado sa mga input ng amplip ng instrumentation, habang ang kaliwang bukung-bukong ay konektado sa lupa. Ang output ng low-pass filter ay nakakonekta sa DAQ Assistant. Gamit ang parehong diagram ng block ng LabView mula dati, pinatakbo ang programa. Sa pagdaan ng ECG ng tao, isang malinaw at matatag na signal ang nakita mula sa output ng buong system, na makikita sa imahe sa itaas.