EKG vooluring (PSpice, LabVIEW, paneel): 3 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:50

Märkus: See EI OLE meditsiiniseade. See on mõeldud ainult hariduslikel eesmärkidel, kasutades simuleeritud signaale. Kui kasutate seda vooluringi tegelikes EKG mõõtmistes, veenduge, et vooluahel ja vooluahela-seadme ühendused kasutavad õigeid eraldusvõtteid

See juhend on juhendatud viis simuleerida, ehitada ja testida vooluringi, mis võtab vastu, filtreerib ja võimendab EKG signaale. Selle juhendi täieliku rakendamiseks vajate põhiteadmisi vooluringidest ja vähe instrumente.

Elektrokardiograafia (EKG või EKG) on valutu, mitteinvasiivne test, mis registreerib südame elektrilise aktiivsuse ja mida kasutatakse patsiendi südame seisundi kohta ülevaate saamiseks. EKG näidu edukaks simuleerimiseks tuleb sisendsüdame signaale võimendada (mõõteriistade võimendi) ja filtreerida (sälgu- ja madalpääsfiltrid). Need komponendid loodi füüsiliselt ja vooluahela simulaatoril. Tagamaks, et iga komponent võimendab või filtreerib signaali õigesti, saab PSpice abil ja katseliselt teha vahelduvvoolu pühkimise. Pärast iga komponendi individuaalset testimist saab südamesignaali sisestada valmis vooluringi, mis koosneb mõõteriistade võimendist, sälgufiltrist ja madalpääsfiltrist. Pärast seda võib inimese EKG signaali sisestada läbi EKG ja LabVIEW. Nii simuleeritud lainekuju kui ka inimese südamesignaali võib sisestada LabVIEW -st, et lugeda sisendsignaali lööke minutis (BPM). Üldiselt peaks südame sisendsignaali ja inimese signaali olema võimalik edukalt võimendada ja filtreerida, simuleerides EKG -d, kasutades vooluringi oskusi mõõteriistade võimendi, sälkfiltri ja madalpääsfiltriahela kavandamiseks, muutmiseks ja testimiseks.

Samm: simuleerige ahelat arvutis

Loodava vooluahela simuleerimiseks võite kasutada mis tahes olemasolevat tarkvara. Ma kasutasin PSpice'i, nii et selgitan selle üksikasju, kuid komponentide väärtused (takistid, kondensaatorid jne) ja peamised eemaldamised on kõik samad, nii et võite vabalt kasutada midagi muud (näiteks circuitlab.com).

Arvutage komponentide väärtused:

1. Esiteks tuleb mõõteriistade võimendi väärtused määrata (vt pilti). Pildil olevad väärtused määrati soovitud võimendusega 1000. See tähendab, et olenemata sisendpingest, mida te selle vooluahela toiteallikaga saate, võimendab see võimendusväärtust. Näiteks kui pakute 1 V, nagu ma tegin, peaks väljund olema 1000 V. Sellel mõõteriistade võimendil on kaks osa, nii et võimendus jagatakse nende vahel tähistusega K1 ja K2. Vaadake lisatud pilti, tahame, et võimendused oleksid lähedased (sellepärast on pildil võrrand 2), sõlmede analüüsi abil leitakse pildil olevad võrrandid 2 ja 3 ning seejärel saab arvutada takisti väärtused (vt pilti).
2. Sälgufiltri takisti väärtused määrati, määrates kvaliteediteguri Q väärtuseks 8 ja kuna teadsime, et meil on saadaval palju 0,022uF kondensaatoreid, liikusime seejärel arvutustes edasi, kasutades neid kahte tingimust. Väärtuste arvutamiseks vaadake pilti võrranditega 5–10. Või kasutage R1 = 753,575Ω, R2 = 192195Ω, R3 = 750,663Ω, mida me ka tegime!
3. Madalpääsfilter eemaldab müra üle teatud sageduse, mille leidsime Internetist, et EKG jaoks on hea kasutada 250 Hz piirsagedust. Selle sageduse ja võrrandite 11-15 järgi (kontrollige pilti) arvutage oma madalpääsfiltri takisti väärtused. Käsitlege R3 avatud vooluahelana ja R4 lühisena, et saada võimendust K = 1. Arvutasime R1 = 15, 300 oomi, R2 = 25, 600 oomi, C1 = 0,022 uF, C2 = 0,047 uF.

PSpice'i avamine ja arendamine:

Kõigi nende väärtustega käivitage PSpice - avage 'OrCAD Capture CIS', kui avaneb Cadence Project Choices'i hüpikaken, valige 'Allegro PCB Design CIS L', avage fail -> uus projekt, tippige sellele nutikas nimi, valige loo projekt kasutades analoog- või sega -A/D -d, valige "loo tühi projekt", vaadake oma projekti failikorralduse pilti, igal lehel koondate komponendid (takistid, kondensaatorid jne) oma osa ehitamiseks ring, mida soovite. Igal lehel klõpsate ülaosas asuva tööriistariba osal ja klõpsate osal, et avada osade loend, kust otsite takistite, kondensaatorite, operatsioonivõimendite ja toiteallikate kohta. Ka rippmenüüst Place leiate maanduse ja juhtme, mida peate kasutama. Nüüd kujundage kõik oma lehed, nagu on näidatud lisatud piltidel, kasutades arvutatud väärtusi.

Käivitage vahelduvvoolupühkimine, et filtreerimine ja võimendamine toimuksid ootuspäraselt

Nende simuleerimiseks lisasin kaks numbrit. Pange tähele sälgu 60 Hz juures ja kõrgete sageduste filtreerimist. Pange tähele joonte värve ja märgistatud jäljeväljendeid, jooksin ka kogu vooluringi kokku, nii et peaksite saama aimu, mida peaksite ootama!

Pühkimiseks valige PSpice, klõpsake nuppu PSpice, Uus simulatsiooniprofiil, muutke vahelduvvoolu pühkimiseks ja määrake soovitud käivitamise, peatamise ja juurdekasvu sagedused. PSpice menüüst valisin ka markerid, täiustatud ja valisin pinge dB ja panin markeri kohta, kus ma tahtsin väljundit mõõta, see aitab hiljem, nii et te ei pea jälje muutmist käsitsi lisama. Seejärel minge uuesti PSpice menüünupule ja valige Käivita või vajutage lihtsalt klahvi F11. Kui simulaator avaneb, klõpsake vajadusel nuppu Jälgi, lisage jälg ja seejärel valige sobiv jälgimisavaldus, näiteks V (U6: OUT), kui soovite mõõta opamp U6 tihvti OUT pinge väljundit.

Seadmete võimendi: kasutage kõigi kolme võimendi jaoks uA741 ja pange tähele, et piltidel olevatele võimenditele on viidatud vastavalt nende märgistusele (U4, U5, U6). Käivitage vahelduvvoolu pühkimine PSpice'il, et arvutada vooluahela sagedusreaktsioon ühe pingesisendiga, nii et väljundpinge peaks sel juhul olema võrdne võimendusega (1000).

Sälgufilter: kasutage pildil nähtavat ühepinge vahelduvvooluallikat ja operatsioonivõimendit uA741 ning veenduge, et toiteks kõik kasutatavad võimendid (toiteallikaks on 15 V alalisvool). Käivitage vahelduvvoolu pühkimine, soovitan 30 kuni 100 Hz 10 Hz sammuga, et tagada sälk 60 Hz juures, mis filtreeriks välja elektrilised signaalid.

Madalpääsfilter: kasutage operatsioonivõimendit uA741 (vaadake joonist, nagu meil oli silt U1) ja varustage vooluahel ühevoldise vahelduvvooluga. Lülitage võimendid sisse alalisvooluga 15 volti ja mõõtke vahelduvvoolu pühkimise väljundit U1 tihvti 6 juures, mis ühendub pildil nähtava juhtmega. Vahelduvvoolu pühkimist kasutatakse vooluahela sagedusreaktsiooni arvutamiseks ja ühe teie sisestatud pingesisendi korral peaks väljundpinge olema võrdne võimendusega 1.

2. samm: ehitage füüsiline vooluahel leivaplaadile

See võib olla keeruline, kuid ma usun sinusse täielikult! Kasutage selle loomiseks ja testimiseks väärtusi ja skeeme (loodetavasti teate, et need töötavad tänu vooluahela simulaatorile). Veenduge, et voolutugevust (1 Vp-p funktsioonigeneraatori poolt) rakendatakse algusesse mitte igal etapil, kui katsetatakse kogu vooluahelat, kogu vooluahela testimiseks ühendage iga osa (mõõteriistade võimendi filtri sälkumiseks madalpääsuni), veenduge, et toite V+ ja V- (15V) igale võimendile ning saate ostsilloskoobiga testida üksikuid etappe, mõõtes väljundit erinevatel sagedustel, veendumaks, et sellised asjad nagu filtreerimine toimivad. Kui kasutate kogu vooluahelat koos, saate funktsioonigeneraatoril kasutada sisseehitatud südame lainekuju ja näete ootuspäraselt QRS-lainekuju. Väikese pettumuse ja püsivusega peaksite olema võimeline seda füüsiliselt üles ehitama!

Samuti lisasime paralleelselt ribalaiuse kondensaatori 0,1uF op võimendiga, mida pole PSpice'is kujutatud.

Siin on mõned näpunäited üksikute komponentide ehitamisel:

Kui teil on mõõteriistade võimendi puhul tõrkeallika leidmisega raskusi, kontrollige kõigi kolme võimendi iga väljundit. Lisaks veenduge, et toiteallikat ja sisendit toite õigesti. Toiteallikas tuleb ühendada tihvtidega 4 ja 7 ning pinge sisend ja väljund esimese astme võimendite tihvtidega 3.

Sälgufiltri puhul tuli takisti väärtusi korrigeerida, et filtrit filtreerida sagedusel 60 Hz. Kui filtreerimine toimub kõrgemal kui 60 Hz, aitab ühe takisti suurendamine (reguleerisime 2) filtri sagedust allapoole (suurendamiseks vastupidi).

Madalpääsfiltri puhul vähendab lihtsate takistite väärtuste (olemasolevate takistite) tagamine viga oluliselt!

3. samm: LabVIEW EKG lainekuju joonistamiseks ja südame löögisageduse (lööki minutis) arvutamiseks

LabVIEW -is loote plokkskeemi ja kasutajaliidese, mis kuvab graafikul EKG lainekuju aja funktsioonina ja kuvab digitaalse südame löögisageduse numbri. Lisasin pildi sellest, mida labVIEW -ile üles ehitada. Otsinguriba abil saate leida vajalikud komponendid. Olge sellega kannatlik ja saate abi kasutada ka iga tüki kohta lugemiseks.

Kasutage oma vooluahela arvutiga ühendamiseks kindlasti füüsilist DAQ -d. Muutke DAQ assistendi proovivõtmine pidevaks ja 4 k -ks.

Siin on mõned näpunäited diagrammi koostamiseks:

• DAQ assistendi ühendus väljub andmetest ja peatusest.
• DAQ assistent, et „lainekuju sisse” min.
• Paremklõpsake, looge ja valige pildil nähtava numbri jaoks konstant.
• Paremklõpsake, valige üksus, dt, see on t0 muutmiseks dt
• Tippude tuvastamisel on ühendusi "signaal sisse", "lävi" ja "laius"
• Ühendage "massiiviga" ja konstandid "indeksiga"
• Veenduge, et DAQ -assistendi valitud tihvt (st analoog 8) on füüsiline DAQ -plaadi tihvt (vt pilti)

Kaasas olev video 'IMG_9875.mov' on arvutist, mis näitab LabVIEW VI kasutajaliidest ja kuvab sisendi põhjal muutuvat EKG lainekuju ja lööki minutis (kuulake, kui teatatakse, milliseks sageduseks muudetakse).

Testige oma disaini, saates 1Hz sagedussisendi ja sellel on puhas lainekuju (võrrelge pilti), kuid peaksite suutma lugeda 60 lööki minutis!

Seda, mida olete teinud, saab kasutada ka inimese EKG signaali lugemiseks lõbu pärast, kuna see EI OLE meditsiiniseade. Disainile tarnitud vooluga peate siiski olema ettevaatlik. Kinnitatud pinnaelektroodid: positiivne vasaku pahkluu suhtes, negatiivne parema randme suhtes ja kinnitage maapind parema pahkluu külge. Käivitage oma labVIEW ja peaksite nägema, et lainekuju ilmub graafikule ja löögid minutis ilmuvad ka digitaalsele kuvakastile.