Cara Membina Monitor Digital ECG dan Denyut Jantung: 6 Langkah

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

Elektrokardiogram (ECG) mengukur aktiviti elektrik degup jantung untuk menunjukkan seberapa pantas jantung berdegup dan juga iramanya. Terdapat dorongan elektrik, juga dikenal sebagai gelombang, yang bergerak melalui jantung untuk membuat otot jantung mengepam darah dengan setiap denyutan. Atria kanan dan kiri mencipta gelombang P pertama, dan ventrikel bawah kanan dan kiri menjadikan kompleks QRS. Gelombang T terakhir adalah dari pemulihan elektrik ke keadaan rehat. Doktor menggunakan isyarat ECG untuk mendiagnosis keadaan jantung, jadi penting untuk mendapatkan gambaran yang jelas.

Tujuan instruksional ini adalah untuk memperoleh dan menyaring isyarat elektrokardiogram (EKG) dengan menggabungkan penguat instrumen, saringan takik, dan penapis lorong rendah dalam litar. Kemudian isyarat akan melalui penukar A / D ke LabView untuk menghasilkan grafik masa nyata dan degupan jantung dalam BPM.

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

Langkah 1: Reka bentuk Penguat Instrumentasi

Untuk membina penguat instrumentasi, kita memerlukan 3 op amp dan 4 perintang yang berbeza. Penguat instrumentasi meningkatkan keuntungan gelombang output. Untuk reka bentuk ini, kami bertujuan untuk memperoleh 1000V untuk mendapatkan isyarat yang baik. Gunakan persamaan berikut untuk mengira perintang yang sesuai di mana K1 dan K2 adalah gandaan.

Peringkat 1: K1 = 1 + (2R2 / R1)

Tahap 2: K2 = - (R4 / R3)

Untuk reka bentuk ini, R1 = 20.02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω telah digunakan.

Langkah 2: Reka Saringan Notch

Kedua, kita mesti membina saringan takik menggunakan op amp, perintang, dan kapasitor. Tujuan komponen ini adalah untuk menyaring bunyi pada 60 Hz. Kami mahu menapis tepat pada 60 Hz, jadi semua di bawah dan di atas frekuensi ini akan berlalu, tetapi amplitud bentuk gelombang akan paling rendah pada 60 Hz. Untuk menentukan parameter penapis, kami menggunakan keuntungan 1 dan faktor kualiti 8. Gunakan persamaan di bawah untuk mengira nilai perintang yang sesuai. Q adalah faktor kualiti, w = 2 * pi * f, f adalah frekuensi tengah (Hz), B adalah lebar jalur (rad / saat), dan wc1 dan wc2 adalah frekuensi pemotongan (rad / saat).

R1 = 1 / (2QwC)

R2 = 2Q / (wC)

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

Q = w / B

B = wc2 - wc1

Langkah 3: Reka Penapis lulus rendah

Tujuan komponen ini adalah untuk menyaring frekuensi di atas frekuensi pemotongan tertentu (wc), pada dasarnya tidak membenarkan mereka melewatinya. Kami memutuskan untuk menyaring pada frekuensi 250 Hz untuk mengelakkan pemotongan terlalu dekat dengan frekuensi rata-rata yang digunakan untuk mengukur isyarat ECG (150 Hz). Untuk mengira nilai yang akan kita gunakan untuk komponen ini, kita akan menggunakan persamaan berikut:

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

C2 = 10 / frekuensi cutoff (Hz)

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

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

Kami akan menetapkan keuntungan sebagai 1, jadi R3 menjadi litar terbuka (tanpa perintang) dan R4 menjadi litar pintas (hanya wayar).

Langkah 4: Uji Litar

Sapuan AC dilakukan untuk setiap komponen untuk menentukan keberkesanan penapis. Sapuan AC mengukur besarnya komponen pada frekuensi yang berbeza. Anda menjangkakan dapat melihat pelbagai bentuk bergantung pada komponennya. Kepentingan penyapu AC adalah memastikan litar berfungsi dengan baik setelah dibina. Untuk melakukan ujian ini di makmal, cukup catat Vout / Vin pada jarak frekuensi. Untuk penguat instrumentasi kami menguji 50 hingga 1000 Hz untuk mendapatkan jarak yang luas. Untuk saringan takik, kami menguji 10 hingga 90 Hz untuk mendapatkan idea yang baik tentang bagaimana komponen bertindak balas sekitar 60 Hz. Untuk saringan lulus rendah, kami menguji 50 hingga 500 Hz untuk memahami bagaimana litar bertindak balas ketika ia dimaksudkan untuk lulus dan kapan ia dimaksudkan untuk berhenti.

Langkah 5: Litar ECG di LabView

Seterusnya, anda ingin membuat gambarajah blok di LabView yang mensimulasikan isyarat ECG melalui penukar A / D dan kemudian meletakkan isyarat pada komputer. Kami bermula dengan menetapkan parameter isyarat papan DAQ kami dengan menentukan kadar denyutan jantung purata yang kami harapkan; kami memilih 60 denyutan seminit. Kemudian dengan menggunakan frekuensi 1kHz, kami dapat menentukan bahawa kami perlu memaparkan sekitar 3 saat untuk memperoleh 2-3 puncak ECG dalam plot bentuk gelombang. Kami memaparkan 4 saat untuk memastikan kami mencapai puncak ECG yang mencukupi. Gambarajah blok akan membaca isyarat masuk dan menggunakan pengesanan puncak untuk menentukan seberapa kerap degupan jantung penuh berlaku.

Langkah 6: ECG dan Denyut Jantung

Dengan menggunakan kod dari gambarajah blok, ECG akan muncul di kotak bentuk gelombang, dan rentak per minit akan dipaparkan di sebelahnya. Anda kini mempunyai monitor kadar jantung yang berfungsi! Untuk mencabar diri anda lebih banyak lagi, cuba gunakan litar dan elektrod anda untuk memaparkan kadar denyutan jantung masa nyata anda!