Monitor Digital ECG dan Denyut Jantung: 7 Langkah (dengan Gambar)

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

Elektrokardiogram, atau ECG, adalah kaedah yang sangat lama untuk mengukur dan menganalisis kesihatan jantung. Isyarat yang dibaca dari ECG dapat menunjukkan jantung yang sihat atau pelbagai masalah. Reka bentuk yang boleh dipercayai dan tepat penting kerana jika isyarat ECG menunjukkan bentuk gelombang yang cacat atau degupan jantung yang salah, seseorang mungkin salah didiagnosis. Tujuannya adalah untuk merancang rangkaian ECG yang dapat memperoleh, memperkuat dan menyaring isyarat ECG. Kemudian, ubah isyarat itu melalui penukar A / D menjadi Labview untuk menghasilkan grafik masa nyata dan degupan jantung dalam BPM isyarat ECG. Bentuk gelombang output harus seperti gambar ini.

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: Merancang Litar

Litar perlu mampu memperoleh dan menguatkan isyarat EKG. Untuk melakukannya, kami akan menggabungkan tiga penapis aktif; Instrumentation Amplifier, penapis Butterworth Low-Pass pesanan kedua dan Notch Filter. Reka bentuk litar ini dapat dilihat pada gambar. Kami akan pergi walaupun satu demi satu, kemudian menyatukannya untuk menyelesaikan litar penuh.

Langkah 2: Penguat Instrumentasi

Keuntungan penguat instrumen perlu 1000 V / V untuk mendapatkan isyarat yang baik. Penguat melalui penguat instrumentasi berlaku dalam dua peringkat. Tahap pertama terdiri daripada dua op amp di kiri dan perintang R1 dan R2 dan tahap kedua penguatan terdiri daripada op amp di sebelah kanan dan perintang R3 dan R4. Keuntungan (penguatan) untuk tahap 1 dan tahap 2 diberikan dalam persamaan (1) dan (2).

Keuntungan Tahap 1: K1 = 1 + (2R2 / R1) (1)

Tahap 2 Keuntungan: K2 = R4 / R3 (2)

Nota penting mengenai keuntungan dalam litar adalah berganda; cth. keuntungan litar keseluruhan dalam Rajah 2 ialah K1 * K2. Persamaan ini menghasilkan nilai yang ditunjukkan dalam skema. Bahan yang diperlukan untuk penapis ini ialah tiga amp LM741 op, tiga perintang 1k ohm, dua perintang 24.7 kohm dan dua perintang 20 kohm.

Langkah 3: Penapis Notch

Peringkat seterusnya adalah Notch Filter untuk mengurangkan bunyi pada 60 Hz. Kekerapan ini perlu dikurangkan kerana terdapat banyak bunyi tambahan pada 60 Hz kerana gangguan saluran kuasa, tetapi tidak akan mengeluarkan sesuatu yang penting dari isyarat EKG. Nilai untuk komponen yang digunakan dalam litar berdasarkan pada frekuensi yang anda mahu saring, dalam kes ini 60 Hz (377 rad / s). Persamaan komponen adalah seperti berikut

R1 = 1 / (6032 * C)

R2 = 16 / (377 * C)

R3 = (R1R2) / (R1 + R2)

Bahan yang diperlukan untuk ini adalah satu LM741 op amp, tiga perintang dengan nilai 1658 ohm, 424.4 kohm dan 1651 ohm dan 3 kapasitor, dua pada 100 nF dan satu pada 200 nF.

Langkah 4: Penapis Lulus Rendah

Peringkat terakhir adalah penapis Passworth Low-Order Kedua dengan frekuensi pemotongan 250 Hz. Ini adalah frekuensi pemotongan kerana isyarat ECG hanya berkisar maksimum 250 Hz. Persamaan untuk nilai komponen dalam saringan ditentukan dalam persamaan berikut:

R1 = 2 / (1571 (1.4C2 + urut (1.4 ^ 2 * C2 ^ 2 - 4C1C2)))

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

C1 <(C2 * 1.4 ^ 2) / 4

Bahan yang diperlukan untuk penapis ini adalah satu LM741 op amp, dua perintang 15.3 kohm dan 25.6 kohm, dan dua kapasitor 47 nF dan 22 nF.

Setelah ketiga-tiga peringkat dirancang dan dibina, litar terakhir akan kelihatan seperti foto.

Langkah 5: Menguji Litar

Setelah litar dibina, ia perlu diuji untuk memastikannya berfungsi dengan baik. Sapuan AC perlu dijalankan pada setiap penapis menggunakan isyarat input jantung pada 1 Hz dari penjana voltan. Tindak balas magnitud dalam dB harus seperti gambar. Sekiranya hasil dari sapuan AC betul, litar selesai dan siap digunakan. Sekiranya tindak balas tidak betul, litar perlu disahpulas. Mulakan dengan memeriksa semua sambungan dan input kuasa untuk memastikan semuanya mempunyai sambungan yang baik. Sekiranya ini tidak menyelesaikan masalah, gunakan persamaan untuk komponen penapis untuk menyesuaikan nilai tahan dan kapasitor yang diperlukan sehingga output berada di tempat yang sepatutnya.

Langkah 6: Membangun VUI di Labview

Labview adalah perisian pemerolehan data digital yang membolehkan pengguna merancang VUI, atau antara muka pengguna maya. Papan DAQ adalah penukar A / D yang dapat menukar dan menghantar isyarat ECG ke Labview. Dengan menggunakan perisian ini, isyarat ECG dapat dipetakan pada graf amplitud vs masa untuk membaca isyarat dengan jelas dan kemudian menukar isyarat menjadi degup jantung dalam BPM. Perkara pertama yang diperlukan untuk ini adalah papan DAQ yang memperoleh data dan menukarnya menjadi isyarat digital untuk dihantar ke Labview di komputer. Perkara pertama yang perlu ditambahkan pada reka bentuk Labview adalah DAQ Assistant, yang memperoleh isyarat dari papan DAQ dan menentukan parameter persampelan. Langkah seterusnya adalah menyambungkan grafik bentuk gelombang ke output pembantu DAQ pada reka bentuk VUI yang memplotkan isyarat ECG yang menunjukkan bentuk gelombang ECG. Setelah grafik bentuk gelombang lengkap, data juga perlu ditukar untuk menghasilkan output berangka dari degup jantung. Langkah pertama dalam pengiraan ini adalah mencari maksimum data ECG dengan menghubungkan elemen max / min ke output data DAQ di VUI, dan kemudian mengeluarkannya ke elemen lain yang disebut puncak pengesanan dan ke elemen yang akan menemukan perubahan masa yang disebut dt. Elemen pengesanan puncak juga memerlukan ambang batas dari max / min yang dihitung dengan mengambil maksimum dari elemen max min dan mengalikannya dengan 0,8, untuk menemukan 80% dari nilai maksimum, kemudian dimasukkan ke dalam elemen deteksi puncak. Ambang ini memungkinkan puncak elemen mengesan untuk mencari maksimum gelombang R dan lokasi maksimum berlaku ketika mengabaikan puncak isyarat yang lain. Lokasi puncak kemudian dikirim ke elemen array indeks yang ditambahkan di sebelah VUI. Elemen array indeks ditetapkan untuk menyimpan pada array dengan dan indeks bermula pada 0, dan yang lain bermula dengan indeks 1. Kemudian, ini dikurangkan antara satu sama lain untuk mencari perbezaan dua lokasi puncak, yang sesuai dengan angka titik antara setiap puncak. Jumlah mata dikalikan dengan perbezaan masa antara setiap titik memberikan masa yang diperlukan untuk setiap rentak berlaku. Ini dicapai dengan melipatgandakan output dari elemen dt dan output dari pengurangan dua array. Nombor ini kemudian dibahagi dengan 60, untuk mencari rentak per minit, dan kemudian dikeluarkan menggunakan elemen penunjuk berangka pada VUI. Penyediaan reka bentuk VUI di Labview ditunjukkan dalam Gambar.

Langkah 7: Gabungkan Semua

Setelah VUI selesai di Labview, langkah terakhir adalah menyambungkan litar ke papan DAQ, jadi isyarat berjalan melalui litar, ke papan, kemudian ke Labview. Sekiranya semuanya berfungsi dengan betul, isyarat 1 Hz harus menghasilkan bentuk gelombang yang ditunjukkan dalam gambar dan degupan jantung 60 denyutan seminit. Kini anda mempunyai ECG dan Monitor Digital Denyut Jantung yang berfungsi.