Merancang Monitor dan Litar Digital ECG: 5 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:12

Ini bukan alat perubatan. Ini untuk tujuan pendidikan hanya menggunakan isyarat simulasi. Sekiranya menggunakan litar ini untuk pengukuran ECG sebenar, pastikan rangkaian dan sambungan litar-ke-instrumen menggunakan teknik pengasingan yang betul

Matlamat projek ini adalah untuk membina litar yang dapat memperkuat dan menyaring isyarat ECG, juga dikenali sebagai elektrokardiogram. EKG dapat digunakan untuk menentukan kadar denyutan jantung dan irama jantung, kerana ia dapat mengesan isyarat elektrik yang melewati pelbagai bahagian jantung semasa berbagai tahap kitaran jantung. Di sini kita menggunakan penguat instrumentasi, saringan takik, dan penapis lulus rendah untuk menguatkan dan menyaring ECG. Kemudian, menggunakan LabView, rentak per min dikira dan gambaran grafik ECG ditunjukkan. Produk siap dapat dilihat di atas.

Langkah 1: Penguat Instrumentasi

Keuntungan yang diperlukan untuk penguat instrumentasi adalah 1000 V / V. Ini akan memungkinkan penguatan isyarat masuk yang cukup jauh lebih kecil. Penguat instrumentasi dipecah menjadi dua bahagian, Tahap 1 dan Tahap 2. Keuntungan setiap tahap (K) harus serupa, sehingga apabila didarabkan bersama-sama, keuntungannya adalah sekitar 1000. Persamaan di bawah digunakan untuk mengira keuntungan.

K1 = 1 + ((2 * R2) / R1)

K2 = -R4 / R3

Dari persamaan ini, didapati nilai R1, R2, R3, dan R4. Untuk membina litar yang dilihat dalam gambar, tiga Penguat Operasi dan perintang uA741 digunakan. Op amp dikuasakan dengan 15V dari bekalan kuasa DC. Input Penguat Instrumentasi dihubungkan ke Generator Fungsi dan outputnya dihubungkan ke Osiloskop. Kemudian, sapuan AC diambil, dan keuntungan Instrumentation Amplifier dijumpai, seperti yang dapat dilihat pada plot "Instrumentation Amplifier Gain" di atas. Akhirnya, litar dibuat semula di LabView, di mana simulasi keuntungan dijalankan, seperti yang dapat dilihat pada plot hitam di atas. Hasilnya mengesahkan bahawa litar berfungsi dengan betul.

Langkah 2: Penapis Notch

Penapis takik digunakan untuk menghilangkan bunyi yang berlaku pada 60 Hz. Nilai komponen dapat dikira menggunakan persamaan di bawah. Faktor kualiti (Q) 8 digunakan. C dipilih memandangkan kapasitor yang ada.

R1 = 1 / (2 * Q * ω * C)

R2 = 2 * Q / (ω * C)

R3 = (R1 * R2) / (R1 + R2)

Nilai perintang dan kapasitor dijumpai dan litar di atas dibina, nilai yang dikira dapat dilihat di sana. Penguat operasi dikuasakan oleh DC Power Supply, dengan input dihubungkan ke Function Generator dan output ke Oscilloscope. Menjalankan Sapu AC menghasilkan plot "Notch Filter AC Sweep" di atas, menunjukkan bahawa frekuensi 60 Hz telah dikeluarkan. Untuk mengesahkan ini, dijalankan simulasi LabView yang mengesahkan hasilnya.

Langkah 3: Penapis Lulus Rendah

Penapis laluan rendah Butterworth Pesanan Kedua digunakan, dengan frekuensi pemotongan 250Hz. Untuk menyelesaikan nilai perintang dan kapasitor, persamaan di bawah digunakan. Untuk persamaan ini, frekuensi pemotongan dalam Hz diubah menjadi dalam rad / saat, yang didapati menjadi 1570.8. Keuntungan K = 1 digunakan. Nilai untuk a dan b masing-masing dibekalkan menjadi 1.414214 dan 1.

R1 = 2 / (wc (a C2 + sqrt (a ^ 2 + 4 b (K - 1)) C2 ^ 2 - 4 b C1 C2))

R2 = 1 / (b C1 C2 R1 wc ^ 2)

R3 = K (R1 + R2) / (K - 1)

R4 = K (R1 + R2)

C1 = (C2 (a ^ 2 + 4 b (K-1)) / (4 b)

C2 = (10 / fc)

Setelah nilai dikira, rangkaian dibina dengan nilai, yang dapat dilihat pada salah satu gambar di atas. Harus diingat bahawa sejak keuntungan 1 digunakan, R3 diganti dengan litar terbuka dan R4 diganti dengan litar pintas. Setelah rangkaian dipasang, maka op amp dikuasakan dengan 15V dari DC Power Supply. Sama dengan komponen lain, input dan output masing-masing dihubungkan ke Generator Fungsi dan Osiloskop. Plot penyapu AC telah dibuat, seperti yang dilihat dalam "Sapu Penyapu Lalu Lintas Rendah" di atas. Plot hitam dalam simulasi litar LabView, mengesahkan hasil kami.

Langkah 4: ULASAN Makmal

Program LabVIEW yang ditunjukkan dalam gambar digunakan untuk menghitung denyut per minit, dan untuk menampilkan representasi visual dari ECG input. Pembantu DAQ memperoleh isyarat input dan menetapkan parameter persampelan. Graf bentuk gelombang kemudian memetakan input yang diterima DAQ pada UI untuk dipaparkan kepada pengguna. Pelbagai analisis dilakukan terhadap data input. Nilai maksimum data input ditemukan menggunakan Pengenal Maks / Min, dan parameter untuk mengesan puncak ditetapkan menggunakan Deteksi Puncak. Dengan menggunakan susunan indeks lokasi puncak, waktu antara nilai maksimum yang diberikan oleh komponen Perubahan Waktu, dan pelbagai operasi aritmetik, BPM dikira dan ditampilkan sebagai output angka.

Langkah 5: Litar Selesai

Setelah semua komponen disambungkan, sistem penuh diuji dengan isyarat ECG yang disimulasikan. Kemudian, rangkaian tersebut digunakan untuk menyaring dan memperkuat ECG manusia dengan hasil yang ditunjukkan melalui program LabView yang disebutkan di atas. Elektrod dilekatkan pada pergelangan tangan kanan, pergelangan tangan kiri, dan pergelangan kaki kiri. Pergelangan tangan kiri dan pergelangan tangan kanan disambungkan ke input penguat instrumentasi, sementara pergelangan kaki kiri disambungkan ke tanah. Output penapis lulus rendah kemudian disambungkan ke Pembantu DAQ. Dengan menggunakan gambarajah blok LabView yang sama dari sebelumnya, program ini dijalankan. Dengan ECG manusia melewati, isyarat yang jelas dan stabil dilihat dari output sistem penuh, yang dapat dilihat pada gambar di atas.