Lihtne automatiseeritud EKG (1 võimendi, 2 filtrit): 7 sammu

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

Elektrokardiogramm (EKG) mõõdab ja näitab südame elektrilist aktiivsust, kasutades erinevaid nahale asetatud elektroode. EKG saab luua mõõteriistade võimendi, sälgufiltri ja madalpääsfiltri abil. Lõpuks saab filtreeritud ja võimendatud signaali visualiseerida LabView tarkvara abil. LabView kasutab signaali sissetulevat sagedust ka inimese südame löögisageduse arvutamiseks. Ehitatud mõõteriistade võimendi võttis keha väikese signaali ja võimendas selle 1 V -ni, nii et seda sai LabView abil arvutis vaadata. Sälgu- ja madalpääsfiltrid vähendasid edukalt 60 Hz müra toiteallikatest ja häirivad signaale üle 350 Hz. Südame löögisagedus puhkeolekus oli 75 lööki minutis ja 137 lööki minutis pärast viieminutilist intensiivset treeningut. Ehitatud EKG suutis mõõta südamelööke realistlike väärtuste juures ja visualiseerida tüüpilise EKG lainekuju erinevaid komponente. Tulevikus saab seda EKG -d täiustada, muutes sälkfiltri passiivseid väärtusi, et vähendada rohkem müra 60 Hz ümber.

Samm: looge instrumendivõimendi

Te vajate: LTSpice'i (või mõnda muud vooluahela visualiseerimistarkvara)

Mõõteseadmete võimendi loodi signaali suuruse suurendamiseks, nii et see oleks nähtav ja võimaldaks lainekuju analüüsida.

Kasutades R1 = 3,3 kΩ, R2 = 33 k oomi, R3 = 1 k oomi, R4 = 48 oomi, saavutatakse X võimendus. Võimendus - -R4/R3 (1+R2/R1) = -47k/1k (1- (33k/3.3k)) = -1008

Kuna viimases op -võimendis läheb signaal ümberpööratavasse tihvti, on võimendus 1008. See disain loodi LTSpice'is ja seejärel simuleeriti vahelduvvooluga 1 kuni 1 kHz 100 punktiga kümne aasta jooksul siinuslaine sisendi korral, mille vahelduvvoolu amplituud on 1 V.

Kontrollisime, kas meie kasu oli sarnane kavandatud kasumiga. Graafikult leidsime Gain = 10^(60/20) = 1000, mis on piisavalt lähedal meie kavandatud võimendusele 1008.

Samm: looge sälkude filter

Te vajate: LTSpice'i (või mõnda muud vooluahela visualiseerimistarkvara)

Sälkfilter on teatud tüüpi madalpääsfilter, millele järgneb kõrgsagedusfilter, et kõrvaldada teatud sagedus. Kõigi 60 Hz sagedusega elektroonikaseadmete tekitatud müra kõrvaldamiseks kasutatakse sälgufiltrit.

Arvutati passiivsed väärtused: C =.1 uF (valitud väärtus) 2C =.2 uF (kasutatud.22 uF kondensaator)

Kasutatakse AQ tegurit 8: R1 = 1/(2*Q*2*pi*f*C) = 1/(2*8*2*3,14159*60*.1E-6) = 1,66 kOhm (1,8 kOhm kasutati) R2 = 2Q/(2*pi*f*C) = (2*8)/(60 Hz*2*3,14159*.1E-6 F) = 424 kOhm (390 kOhm + 33 kOhm = 423 kOhm oli Pingejaotus: Rf = R1 * R2 / (R1 + R2) = 1,8 kOhm * 423 kOhm / (1,8 kOhm + 423 kOhm) = 1,79 kOhm (kasutati 1,8 kOhm)

Selle filtri konstruktsiooni võimendus on 1, mis tähendab, et võimendavaid omadusi pole.

Lisades passiivsed väärtused ja simuleerides LTSpice'i vahelduvvoolu pühkimise ja 0,1 V siinuslaine sisendsignaaliga vahelduvvoolu sagedusega 1 kHz, saadakse lisatud bode graafik.

Sagedusel umbes 60 Hz saavutab signaal madalaima pinge. Filter suudab edukalt eemaldada 60 Hz müra märkamatule pingele 0,01 V ja võimenduse 1, kuna sisendpinge on 0,1 V.

Samm: looge madalpääsfilter

Te vajate: LTSpice'i (või mõnda muud vooluahela visualiseerimistarkvara)

Loodi madalpääsfilter, et eemaldada EKG signaali sisaldavad signaalid üle huvipunkti. Huvitav lävi oli vahemikus 0–350 Hz.

Kondensaatori väärtuseks valiti.1 uF. Vajalik takistus arvutatakse kõrgel sagedusel 335 Hz: C = 0,1 uF R = 1/(2pi*0,1*(10^-6)*335 Hz) = 4,75 kOhm (kasutati 4,7 kOhm)

Lisades passiivsed väärtused ja simuleerides LTSpice'i vahelduvvoolu pühkimise ja 0,1 V siinuslaine sisendsignaaliga vahelduvvoolu sagedusega 1 kHz, saadakse lisatud bode graafik.

Samm: looge vooluring leivaplaadile

Teil on vaja: erineva väärtusega takistid, erineva väärtusega kondensaatorid, operatsioonivõimendid UA 471, hüppakaablid, leivalaud, ühendusjuhtmed, toiteallikas või 9 V aku

Nüüd, kui olete oma vooluringi simuleerinud, on aeg see ehitada leivaplaadile. Kui teil pole loetletud täpseid väärtusi, kasutage vajalikke väärtusi või kombineerige takistid ja kondensaatorid. Ärge unustage toita oma leivaplaati 9 -voldise aku või alalisvoolu toiteallikaga. Iga op -võimendi vajab positiivset ja negatiivset pingeallikat.

Samm: seadistage LabView keskkond

Te vajate: LabView tarkvara, arvutit

Lainekuju kuvamise ja pulsi arvutamise automatiseerimiseks kasutati LabView. LabView on programm, mida kasutatakse andmete visualiseerimiseks ja analüüsimiseks. EKG ahela väljund on LabView sisend. Andmed sisestatakse, joonistatakse ja analüüsitakse allpool koostatud plokkskeemi alusel.

Esiteks võtab DAQ assistent vooluringilt analoogsignaali. Siin on koostatud proovivõtujuhised. Proovivõtu kiirus oli 1k proovi sekundis ja intervall 3k ms, seega on lainekuju graafikus näidatud ajavahemik 3 sekundit. Lainekuju graafik sai andmed DAQ assistendilt ja seejärel joonistab need esipaneeli aknasse. Plokkskeemi alumine osa hõlmab südame löögisageduse arvutamist. Kõigepealt mõõdetakse laine maksimum ja miinimum. Seejärel kasutatakse neid amplituudimõõtmisi, et teha kindlaks, kas esinevad piigid, mis on määratletud kui 95% maksimaalsest amplituudist, ja kui jah, siis registreeritakse ajapunkt. Kui piigid on tuvastatud, salvestatakse amplituud ja ajapunkt massiividesse. Seejärel teisendatakse tippude/ sekundite arv minutiteks ja kuvatakse esipaneelil. Esipaneel näitab lainekuju ja lööki minutis.

Ahel ühendati LabVIEW -ga National Instruments ADC kaudu, nagu on näidatud ülaltoodud joonisel. Funktsioonigeneraator tekitas simuleeritud EKG -signaali, mis sisestati ADC -sse, mis edastas andmed LabView'le joonistamiseks ja analüüsimiseks. Lisaks kasutati pärast BPVI arvutamist LabVIEW -is numbrilist indikaatorit selle väärtuse printimiseks rakenduse esipaneelil lainekuju graafiku kõrval, nagu on näidatud joonisel 2.

6. samm: testige vooluahelat funktsioonigeneraatori abil

Teil on vaja: vooluahelat leivaplaadil, ühenduskaableid, toiteallikat või 9 V akut, National Instruments ADC, LabView tarkvara, arvutit

LabView mõõteriistade testimiseks sisestati ahelasse simuleeritud EKG ja ahela väljund ühendati LabView'ga National Instruments ADC kaudu. Esmalt sisestati vooluahelasse 20mVpp signaal 1 Hz juures, et simuleerida puhkeolekut. LabView esipaneel on näidatud alloleval pildil. P, T, U laine ja QRS kompleks on kõik nähtavad. BMP on õigesti arvutatud ja kuvatud numbrinäidikus. Ahela kaudu on võimendus umbes 8 V/0,02 V = 400, mis on sarnane sellega, mida nägime ahela ostsilloskoobi külge kinnitamisel. Lisatud on pilt tulemusest LabView's. Järgmisena, et simuleerida kõrgenenud südame löögisagedust näiteks treeningu ajal, sisestati vooluahelasse signaal 20 mVpp sagedusel 2 Hz. Puhke pulsi ajal oli testiga võrreldav kasu. Lainekuju all on näha kiiremini samu osi nagu varem. Südame löögisagedus arvutatakse ja kuvatakse numbrinäidikus ning näeme eeldatavat 120 lööki minutis.

Samm 7: Testi ahel, kasutades inimsubjekti

Teil on vaja: vooluahelat leivaplaadil, ühenduskaableid, toiteallikat või 9 V akut, National Instruments ADC, LabView tarkvara, arvutit, elektroode (vähemalt kolm), inimest

Lõpuks testiti vooluahelat inimsubjekti EKG juhtmete sisendiga ahelasse ja LabView -sse suunduva vooluahela väljundiga. Tõelise signaali saamiseks pandi objektile kolm elektroodi. Elektroodid asetati mõlemale randmele ja paremale pahkluule. Parem randmeosa oli positiivne sisend, vasak randmeosa oli negatiivne ja pahkluu maas. Jällegi sisestati andmed töötlemiseks LabView -sse. Elektroodi konfiguratsioon on lisatud pildina.

Esiteks kuvati ja analüüsiti subjekti puhkeolekus EKG signaali. Puhkeolekus oli katsealuse pulss ligikaudu 75 lööki minutis. Seejärel osales katsealune 5 minutit intensiivses füüsilises tegevuses. Objekt ühendati uuesti ja tõstetud signaal salvestati. Südame löögisagedus oli pärast aktiivsust umbes 137 lööki minutis. See signaal oli väiksem ja müra oli suurem. Elektroodid asetati mõlemale randmele ja paremale pahkluule. Parem randmeosa oli positiivne sisend, vasak randmeosa oli negatiivne ja pahkluu maas. Jällegi sisestati andmed töötlemiseks LabView -sse.

Keskmise inimese EKG signaal on umbes 1 mV. Meie eeldatav kasu oli umbes 1000, seega eeldame 1V väljundpinget. Pildil XX näha olevast puhkeolekus salvestusest on QRS kompleksi amplituud ligikaudu (-0,7)-(-1,6) = 0,9 V. See tekitab 10% vea. (1-0,9)/1*100 = 10% Tavalise inimese südame löögisagedus puhkeolekus on 60, mõõdetud oli umbes 75, see annab | 60-75 |*100/60 = 25% vea. Tavalise inimese südame löögisagedus on 120, mõõdetud oli umbes 137, see annab | 120-137 |*100/120 = 15% vea.

Palju õnne! Nüüd olete loonud oma automaatse EKG.