EKG ja südame löögisageduse digitaalne monitor: 7 sammu (piltidega)

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

Elektrokardiogramm ehk EKG on väga vana meetod südame tervise mõõtmiseks ja analüüsimiseks. EKG -lt loetud signaal võib näidata tervet südant või erinevaid probleeme. Usaldusväärne ja täpne disain on oluline, sest kui EKG signaal näitab deformeerunud lainekuju või ebaõiget südamelööki, võib inimene olla valesti diagnoositud. Eesmärk on kujundada EKG -ahel, mis on võimeline EKG -signaali omandama, võimendama ja filtreerima. Seejärel teisendage see signaal läbi A/D muunduri Labview'ks, et saada reaalajas graafik ja südamelöögid EKG signaali BPM-is. Väljundlainekuju peaks välja nägema selline.

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

Samm: vooluringi kujundamine

Vooluahel peab suutma saada ja võimendada EKG signaali. Selleks ühendame kolm aktiivset filtrit; mõõteriistade võimendi, teise astme Butterworthi madalpääsfilter ja sälgufilter. Nende vooluahelate disain on näha piltidel. Me läheme neist ükshaaval läbi, seejärel paneme need kokku, et kogu ringrada lõpule viia.

2. samm: mõõteriistade võimendi

Hea signaali saamiseks peab mõõteriistade võimendi võimendus olema 1000 V/V. Võimendus instrumendivõimendi kaudu toimub kahes etapis. Esimene etapp koosneb kahest võimendist vasakul ja takisti R1 ja R2 ning teise võimendusastme parempoolsest op -võimendist ja takistitest R3 ja R4. 1. ja 2. astme võimendus (võimendus) on toodud võrrandites (1) ja (2).

1. etapi võimendus: K1 = 1 + (2R2/R1) (1)

2. etapi võimendus: K2 = R4/R3 (2)

Oluline märkus vooluahelate võimenduse kohta on see, et see on paljundav; nt. joonisel 2 toodud vooluahela võimendus on K1*K2. Need võrrandid annavad skemaatiliselt näidatud väärtused. Selle filtri jaoks vajalikud materjalid on kolm LM741 op -amprit, kolm 1 -oomilist takistit, kaks 24,7 kohm takisti ja kaks 20 kohmi takistit.

3. samm: sälgufilter

Järgmine etapp on sälgufilter, mis eemaldab müra sagedusel 60 Hz. See sagedus tuleb välja lülitada, kuna 60 Hz juures on elektriliini häirete tõttu palju lisamüra, kuid see ei võta EKG signaalist midagi olulist välja. Vooluahelas kasutatavate komponentide väärtused põhinevad sagedusel, mille soovite välja filtreerida, antud juhul 60 Hz (377 rad/s). Komponentvõrrandid on järgmised

R1 = 1/ (6032*C)

R2 = 16 / (377*C)

R3 = (R1R2)/ (R1 + R2)

Selleks vajalikud materjalid olid üks LM741 op -võimendi, kolm takistit väärtustega 1658 oomi, 424,4 kohmi ja 1651 oomi ning 3 kondensaatorit, kaks 100 nF ja üks 200 nF.

Samm: madalpääsfilter

Viimane etapp on teise järjekorra Butterworthi madalpääsfilter, mille katkestussagedus on 250 Hz. See on piirsagedus, kuna EKG signaal ulatub maksimaalselt 250 Hz -ni. Filtris olevate komponentide väärtuste võrrandid on määratletud järgmistes võrrandites:

R1 = 2/ (1571 (1,4C2 + sorteerimine (1,4^2 * C2^2 - 4C1C2)))

R2 = 1 / (1571*C1*C2*R1)

C1 <(C2 *1,4^2) / 4

Selle filtri jaoks vajalikud materjalid olid üks LM741 op amp, kaks takistit 15,3 kohmi ja 25,6 kohmi ning kaks kondensaatorit 47 nF ja 22 nF.

Kui kõik kolm etappi on kavandatud ja ehitatud, peaks lõplik vooluring välja nägema nagu foto.

Samm: vooluahela testimine

Pärast vooluahela ehitamist tuleb seda testida, et veenduda selle nõuetekohases toimimises. Igal filtril tuleb käivitada vahelduvvoolu pühkimine, kasutades pingegeneraatorist 1 Hz sisendsignaali. Suurusreaktsioon dB -des peaks välja nägema nagu piltidel. Kui vahelduvvoolu pühkimise tulemused on õiged, on vooluring lõppenud ja kasutamiseks valmis. Kui vastused pole õiged, tuleb vooluring siluda. Alustuseks kontrollige kõiki ühendusi ja toite sisendeid, et veenduda, et kõik on hästi ühendatud. Kui see probleemi ei lahenda, kasutage filtrite komponentide võrrandeid, et reguleerida takistite ja kondensaatorite väärtusi vastavalt vajadusele, kuni väljund on seal, kus see peaks olema.

6. toiming: VUI loomine Labview's

Labview on digitaalne andmete kogumise tarkvara, mis võimaldab kasutajal kujundada VUI või virtuaalse kasutajaliidese. DAQ -plaat on A/D -muundur, mis suudab teisendada ja edastada EKG -signaali Labview'sse. Selle tarkvara abil saab EKG signaali joonistada amplituudi ja aja graafikule, et signaal selgelt lugeda ja seejärel teisendada see BPM -is südamelöögiks. Esimene asi, mida selleks vaja on, on DAQ -plaat, mis kogub andmeid ja teisendab need digitaalsignaaliks, et need arvutis Labview'le saata. Esimene asi, mis tuli Labview disainile lisada, oli DAQ Assistant, mis hangib DAQ -plaadilt signaali ja määratleb proovivõtuparameetrid. Järgmine samm on lainekuju graafiku ühendamine VUI disaini DAQ assistendi väljundiga, mis joonistab EKG signaali, mis näitab EKG lainekuju. Nüüd, kui lainekuju graafik on valmis, tuleb ka andmed teisendada, et saada südame löögisageduse numbriline väljund. Selle arvutuse esimene samm oli leida EKG andmete maksimum, ühendades max/min elemendi VQ kasutajaliidese DAQ andmete väljundiga ja seejärel edastades selle teisele elemendile, mida nimetatakse piigi tuvastamiseks, ja elemendile, mis leiaks aja muutus, mida nimetatakse dt. Piigi tuvastamise element vajas ka künnist max/min -st, mis arvutati, võttes max min -i elemendilt maksimumi ja korrutades selle 0,8 -ga, et leida 80% maksimaalsest väärtusest ja seejärel sisestada piigi tuvastamise elementi. See lävi võimaldas piigi tuvastamise elemendil leida R laine maksimum ja asukoha, kus maksimum tekkis, ignoreerides signaali teisi piike. Piikide asukohad saadeti seejärel VUI -sse lisatud indeksmassiivi elemendile. Indeksimassiivi element seati salvestamiseks massiivi, mille indeks algab 0 -st ja seejärel teine, alustades indeksist 1. Seejärel lahutati need üksteisest, et leida kahe tippkoha erinevus, mis vastab numbrile punktide vahel iga tipu vahel. Punktide arv korrutatuna iga punkti vahelise ajavahega annab aja, mis kulub iga löögi toimumiseks. See saavutati dt elemendi väljundi ja kahe massiivi lahutamise väljundi korrutamisega. Seejärel jagati see arv 60 -ga, et leida lööki minutis, ja väljastati seejärel VUI numbrilise indikaatorielemendi abil. VUI disaini seadistamine Labview's on näidatud joonisel.

Samm: pange see kõik kokku

Kui VUI on Labview'is lõpetatud, on viimane samm vooluahela ühendamine DAQ -plaadiga, nii et signaal jookseb läbi vooluahela, tahvlisse ja seejärel Labview'isse. Kui kõik töötab korralikult, peaks 1 Hz signaal tekitama joonisel näidatud lainekuju ja südame löögisageduse 60 lööki minutis. Nüüd on teil toimiv EKG ja südame löögisageduse digitaalne monitor.