Elektrokardiogrammi ahel: 4 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Tere! Selle on kirjutanud kaks tudengit, kes õpivad praegu biomeditsiinitehnikat ja läbivad ahelate klassi. Oleme loonud EKG ja meil on hea meel seda teiega jagada.

Tarvikud

Selle projekti jaoks vajalikud põhitarbed hõlmavad järgmist:

- leivalaud

- takistid

- kondensaatorid

- operatsioonivõimendid (LM741)

- elektroodid

Samuti vajate loetletud elektroonikaseadmeid:

- alalisvoolu toide

- Funktsioonide generaator

- Ostsilloskoop

Samm: diferentsiaalvõimendi

Miks see vajalik on?

Diferentsiaalvõimendit kasutatakse signaali võimendamiseks ja elektroodide vahel tekkida võiva müra vähendamiseks. Müra vähendab kahe elektroodi pinge erinevus. Vajalike takisti väärtuste määramiseks otsustasime, et soovime, et võimendi looks võimenduse 1000.

Kuidas see on ehitatud?

Selle saavutamiseks kasutati diferentsiaalvõimendi võimendusvõrrandit, matemaatika leiate lisatud pildilt. Arvutamisel leiti, et takisti väärtused peaksid olema 100Ω ja 50kΩ. Kuna meil aga polnud 50 kΩ takisti, kasutasime 47 kΩ. Diferentsiaalvõimendi seadistust nii LTSpice'i kui ka leivalaua jaoks näete lisatud fotol. Diferentsiaalvõimendi ühendamiseks on vaja leivaplaati, 1 x 100Ω takisti, 6 x 47 kΩ takisti, 3 operatsioonivõimendit LM741 ja palju hüppajajuhtmeid.

Kuidas seda testida?

LTSpice'is ja füüsilises seadmes testimisel soovite veenduda, et see annab võimenduse 1000. Seda tehakse võimendusvõrrandi abil = võimendus = Vout/ Vin. Vout on tipp -tipp väljund ja Vin on tipp -tipp sisend. Näiteks funktsioonigeneraatori testimiseks sisestaksin ahelasse 10 mV tipp-tipp, seega peaksin saama väljundi 10V.

2. samm: sälgufilter

Miks see vajalik on?

Müra kõrvaldamiseks luuakse sälgufilter. Kuna enamikul hoonetel on 60 Hz vahelduvvool, mis tekitaks vooluringis müra, otsustasime teha sälgufiltri, mis nõrgendab signaali sagedusel 60 Hz.

Kuidas seda ehitada?

Sälkfiltri disain põhineb ülaltoodud pildil. Ülal on toodud ka võrrandid takistite ja kondensaatorite väärtuste arvutamiseks. Otsustasime kasutada sagedust 60 Hz ja 0,1 uF kondensaatoreid, kuna see on kondensaatori väärtus, mis meil oli. Võrrandite arvutamisel leidsime, et R1 & R2 on võrdne 37, 549 kΩ ja R3 väärtus on 9021,19 Ω. Nende väärtuste loomiseks oma trükkplaadil kasutasime R1 ja R2 jaoks 39 kΩ ja R3 jaoks 9,1 kΩ. Üldiselt vajab sälgufiltrit 1 x 9,1 kΩ takisti, 2 x 39 kΩ takisti, 3 x 0,1 uF kondensaator, 1 operatsioonivõimendit LM741 ja palju hüppajajuhtmeid. Nii LTSpice kui ka leivaplaadi sälgufiltri seadistamise skeem on ülaltoodud pildil.

Kuidas seda testida?

Sälkfiltri funktsionaalsust saab kontrollida vahelduvvoolupühkimisega. Kõik sagedused peavad läbima filtri, välja arvatud 60 Hz. Seda saab testida nii LTSpice'i kui ka füüsilise ahelaga

3. samm: madalpääsfilter

Miks see vajalik on?

Keha ja meid ümbritseva ruumi müra vähendamiseks on vaja madalpääsfiltrit. Madalpääsfiltri väljalülitamissageduse otsustamisel oli oluline arvestada, et südame löögisagedus esineb sagedustel 1 Hz- 3 Hz ja EKG moodustavad lainekujud on 1–50 Hz lähedal.

Kuidas seda ehitada?

Otsustasime muuta piirsageduseks 60 Hz, et saaksime siiski kõik kasulikud signaalid kätte saada, aga ka mittevajaliku signaali välja lõigata. Kui määratleme piirisageduse 70 Hz, otsustasime valida kondensaatori väärtuseks 0,15uF, kuna see on meie komplektis. Kondensaatori väärtuse arvutamine on näha pildil. Arvutamise tulemuseks oli takisti väärtus 17,638 kΩ. Valisime 18 kΩ takisti kasutamise. Madalpääsfiltri jaoks on vaja 2 x 18 kΩ takisti, 2x0,15 uF kondensaatorit, 1 operatsioonivõimendit LM741 ja palju hüppajajuhtmeid. Nii LTSpice'i kui ka füüsilise vooluahela madalpääsfiltri skemaatika leiate pildilt.

Kuidas seda testida?

Madalpääsfiltrit saab testida vahelduvvoolu pühkimisega nii LTSpice kui ka füüsilisel ahelal. Vahelduvvoolu pühkimise käivitamisel peaksite nägema, et sagedused allpool ei muutu, kuid piirist kõrgemad sagedused hakkavad filtreeruma.

Samm: viige projekt lõpule

Kui vooluring on valmis, peaks see välja nägema nagu ülaltoodud pilt! Nüüd olete valmis elektroodid oma keha külge kinnitama ja oma EKG -d nägema! Koos ostsilloskoobiga saab EKG -d kuvada ka Arduinole.