Sonografi ultrasound badan dengan Arduino: 3 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Helo!

Hobi dan minat saya adalah merealisasikan projek fizik. Salah satu karya terakhir saya adalah mengenai sonografi ultrasonik. Seperti biasa saya berusaha membuatnya semudah mungkin dengan bahagian yang anda boleh dapatkan di ebay atau aliexpress. Oleh itu mari kita lihat sejauh mana saya boleh menggunakan barang-barang mudah saya …

Saya terinspirasi oleh projek yang sedikit lebih rumit dan lebih mahal ini:

hackaday.io/project/9281-murgen-open-sourc…

Berikut adalah bahagian yang anda perlukan untuk projek saya:

bahagian utama:

• tolok untuk mengukur ketebalan cat dengan harga 40 USD: tolok ketebalan cat ebay GM100
• atau hanya transduser 5 MHz dengan harga 33 USD: transduser ebay 5 MHz
• arduino Berharga 12 USD: ebay arduino jatuh tempo
• paparan 320x480 piksel untuk 11 USD: paparan arduino 320x480
• dua bekalan kuasa 9V / 1A untuk bekalan simetrik + 9 / GND / -9V
• ultrasound-gel untuk sonografi: gel ultrasound 10 USD

untuk pemancar:

• step-up-converter untuk 100V yang diperlukan untuk 5 USD: 100V boost converter
• step-up-converter biasa yang membekalkan 12-15V untuk 100V-boost-converter untuk 2 USD: XL6009 boost-converter
• pengatur voltan LM7805
• monoflop-IC 74121
• pemacu mosfet ICL7667
• IRL620 mosfet: IRL620
• kapasitor dengan 1nF (1x), 50pF (1x), 0.1µF (1x elektrolitik), 47µF (1x elektrolitik), 20 µF (1 x elektrolitik untuk 200V), 100 nF (2x MKP untuk 200V: 100nF20µF
• perintang dengan 3kOhm (0.25W), 10kOhm (0.25W) dan 50Ohm (1W)
• Potensiometer 10 kOhm
• 2 keping. Soket C5: Soket C5 7 USD

untuk penerima:

• 3 keping. Penguat operasi AD811: ebay AD811
• 1 keping. Penguat operasi LM7171: ebay LM7171
• Kapasitor 5 x 1 nF, kapasitor 8 x 100nF
• Potensiometer 4 x 10 kOhm
• Potensiometer 1 x 100 kOhm
• Perintang 0.25W dengan 68 Ohm, 330 Ohm (2 buah.), 820 Ohm, 470 Ohm, 1.5 kOhm, 1 kOhm, 100 Ohm
• 1N4148 dioda (2 buah.)
• Diod zener 3.3V (1 buah.)

Langkah 1: Litar Pemancar dan Penerima Saya

Sonografi adalah kaedah perubatan yang sangat penting untuk melihat ke dalam badan. Prinsipnya mudah: Pemancar menghantar denyutan ultra-sonik. Mereka merebak ke dalam badan, dipantulkan oleh organ dalam atau tulang dan kembali ke penerima.

Dalam kes saya, saya menggunakan tolok GM100 untuk mengukur ketebalan lapisan cat. Walaupun tidak benar-benar bertujuan untuk melihat ke dalam badan saya dapat melihat tulang saya.

Pemancar GM100 berfungsi dengan frekuensi 5 MHz. Oleh itu, anda harus membuat denyutan yang sangat pendek dengan panjang 100-200 nanodetik. 7412-monoflop mampu membuat denyutan pendek seperti itu. Denyutan pendek ini menuju ke pemacu mosfet ICL7667, yang mendorong pintu IRL620 (perhatian: mosfet mesti dapat menangani voltan hingga 200V!).

Sekiranya pintu dihidupkan, kapasitor 100V-100nF habis dan denyutan negatif -100V digunakan pada pemancar-piezo.

Gema ultrasonik, yang diterima dari kepala GM100 menuju ke penguat 3 tahap dengan OPA AD820 yang pantas. Selepas langkah ketiga, anda memerlukan penerus ketepatan. Untuk tujuan ini saya menggunakan penguat operasi LM7171.

Perhatikan: Saya mendapat hasil terbaik, ketika saya memendekkan input penyearah ketepatan dengan gelung kawat dupont (? Di litar). Saya tidak begitu mengerti mengapa tetapi anda harus menyemaknya jika anda cuba membina semula pengimbas ultrasonik saya.

Langkah 2: Perisian Arduino

Denyutan yang dipantulkan harus disimpan dan ditunjukkan oleh mikrokontroler. Pengawal mikro mesti cepat. Oleh itu saya memilih arduino. Saya telah mencuba dua jenis kod analog-baca cepat (lihat lampiran). Satu lebih pantas (kira-kira 0.4 µs setiap penukaran) tetapi saya mendapat 2-3 kali nilai yang sama ketika membaca dalam input analog. Yang lain sedikit lebih perlahan (1 µs setiap penukaran), tetapi tidak mempunyai kerugian dari nilai berulang. Saya telah memilih yang pertama …

Terdapat dua suis pada papan penerima. Dengan jahitan tersebut, anda boleh menghentikan pengukuran dan memilih dua asas masa yang berbeza. Satu untuk masa ukuran antara 0 dan 120 µs dan yang lain antara 0 dan 240 µs. Saya menyedari ini dengan membaca 300 nilai atau 600 nilai. Untuk 600 nilai diperlukan dua kali masa, tetapi kemudian saya mengambil setiap analog-dalam-nilai.

Gema yang masuk dibaca dengan salah satu port input analog dari arduino. Zener-diod harus melindungi port untuk voltan yang terlalu tinggi kerana arduino yang dijangkakan hanya dapat membaca voltan hingga 3.3V.

Setiap nilai input-analog kemudian diubah menjadi nilai antara 0 dan 255. Dengan nilai ini, segi empat tepat berwarna kelabu akan dilukis pada paparan. Putih bermaksud isyarat / gema tinggi, kelabu gelap atau hitam bermaksud isyarat / gema rendah.

Berikut adalah garis dalam kod untuk melukis segi empat tepat dengan lebar 24 piksel dan tinggi 1 piksel

untuk (i = 0; i <300; i ++) {

nilai = peta (nilai , 0, 4095, 0, 255);

myGLCD.setColor (nilai , nilai , nilai );

myGLCD.fillRect (j * 24, 15 + i, j * 24 + 23, 15 + i);

}

Selepas satu saat lajur seterusnya akan dilukis…

Langkah 3: Hasil

Saya telah memeriksa objek yang berbeza dari silinder aluminim di atas belon berisi air ke badan saya. Untuk melihat echos badan, penguatan isyarat mestilah sangat tinggi. Untuk silinder aluminium diperlukan penguatan yang lebih rendah. Apabila anda melihat gambar-gambar anda dapat melihat gema dari kulit dan tulang saya dengan jelas.

Oleh itu, apa yang boleh saya katakan mengenai kejayaan atau kegagalan projek ini. Adalah mungkin untuk melihat ke dalam tubuh dengan kaedah yang sederhana dan menggunakan bahagian, yang biasanya tidak dimaksudkan untuk tujuan itu. Tetapi faktor-faktor ini juga membatasi hasilnya. Anda tidak mendapat gambar yang jelas dan tersusun dengan baik berbanding dengan penyelesaian komersial.

Tetapi dan ini adalah perkara yang paling penting, saya telah mencubanya dan melakukan yang terbaik. Saya harap anda menyukai arahan ini dan sekurang-kurangnya ia menarik untuk anda.

Sekiranya anda ingin melihat projek fizik saya yang lain:

www.youtube.com/user/stopperl16/videos?

lebih banyak projek fizik: