EKG: n ja sykemittarin luominen: 6 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Elektrokardiogrammi (EKG) mittaa sydämenlyönnin sähköistä aktiivisuutta osoittaakseen, kuinka nopeasti sydän lyö ja sen rytmi. On sähköinen impulssi, joka tunnetaan myös nimellä aalto, joka kulkee sydämen läpi saadakseen sydänlihaksen pumppaamaan verta jokaisen lyönnin aikana. Oikea ja vasen eteinen muodostavat ensimmäisen P -aallon, ja oikea ja vasen alakammio tekevät QRS -kompleksin. Viimeinen T -aalto on sähköisestä talteenotosta lepotilaan. Lääkärit käyttävät EKG -signaaleja sydänsairauksien diagnosointiin, joten on tärkeää saada selkeitä kuvia.

Tämän ohjeen tarkoitus on hankkia ja suodattaa EKG-signaali yhdistämällä instrumentin vahvistin, lovisuodatin ja alipäästösuodatin piiriin. Sitten signaalit kulkevat A/D-muuntimen kautta LabView-järjestelmään tuottaakseen reaaliaikaisen kaavion ja sykkeen BPM: ssä.

"Tämä ei ole lääketieteellinen laite. Tämä on vain opetustarkoituksia käyttäen simuloituja signaaleja. Jos käytät tätä piiriä todellisiin EKG-mittauksiin, varmista, että piiri ja piirin ja instrumentin väliset liitännät käyttävät oikeita eristystekniikoita."

Vaihe 1: Suunnittele instrumenttivahvistin

Instrumenttivahvistimen rakentamiseksi tarvitsemme 3 op -vahvistinta ja 4 erilaista vastusta. Instrumenttivahvistin lisää lähtöaallon vahvistusta. Tätä suunnittelua varten pyrimme 1000 V: n vahvistukseen hyvän signaalin saamiseksi. Laske seuraavien yhtälöiden avulla sopivat vastukset, joissa K1 ja K2 ovat vahvistus.

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

Vaihe 2: K2 = -(R4/R3)

Tätä mallia varten käytettiin R1 = 20,02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω.

Vaihe 2: Suunnittele lovisuodatin

Toiseksi, meidän on rakennettava lovisuodatin käyttämällä op -vahvistinta, vastuksia ja kondensaattoreita. Tämän komponentin tarkoituksena on suodattaa pois kohina taajuudella 60 Hz. Haluamme suodattaa tarkasti 60 Hz: llä, joten kaikki tämän taajuuden alapuolella ja yläpuolella kulkee, mutta aaltomuodon amplitudi on pienin 60 Hz: ssä. Suodattimen parametrien määrittämiseen käytimme vahvistusta 1 ja laatukerrointa 8. Laske sopivat vastusarvot alla olevien yhtälöiden avulla. Q on laatutekijä, w = 2*pi*f, f on keskitaajuus (Hz), B on kaistanleveys (rad/sek) ja wc1 ja wc2 ovat rajataajuudet (rad/sek).

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

Q = w/B

B = wc2 - wc1

Vaihe 3: Suunnittele alipäästösuodatin

Tämän komponentin tarkoituksena on suodattaa pois taajuudet, jotka ylittävät tietyn rajataajuuden (wc), eivätkä oleellisesti päästä niitä läpi. Päätimme suodattaa 250 Hz: n taajuudella välttääksemme leikkaamisen liian lähelle EKG -signaalin mittaamiseen käytettyä keskitaajuutta (150 Hz). Tämän komponentin arvojen laskemiseksi käytämme seuraavia yhtälöitä:

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

C2 = 10/rajataajuus (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)

Asetamme vahvistukseksi 1, joten R3: sta tulee avoin piiri (ei vastusta) ja R4 tulee oikosulku (vain johto).

Vaihe 4: Testaa piiri

Jokaiselle komponentille suoritetaan AC -pyyhkäisy suodattimen tehokkuuden määrittämiseksi. AC -pyyhkäisy mittaa komponentin suuruuden eri taajuuksilla. Odotat eri muotoja komponentista riippuen. AC -lakaisun tärkeys on varmistaa, että piiri toimii oikein, kun se on rakennettu. Voit suorittaa tämän testin laboratoriossa yksinkertaisesti tallentamalla Vout/Vin -taajuuden. Instrumenttivahvistimelle testasimme 50-1000 Hz laajaa kantamaa varten. Lovisuodattimelle testasimme 10-90 Hz: n taajuuden saadaksemme hyvän käsityksen siitä, miten komponentti reagoi noin 60 Hz: n taajuudella. Alipäästösuodattimelle testasimme 50–500 Hz: n taajuuksia ymmärtääksemme, miten piiri reagoi, kun sen on määrä ohittaa ja milloin se on tarkoitus pysäyttää.

Vaihe 5: EKG -piiri LabView'ssa

Seuraavaksi haluat luoda lohkokaavion LabView'ssa, joka simuloi EKG -signaalia A/D -muuntimen kautta ja piirtää sitten signaalin tietokoneeseen. Aloitimme asettamalla DAQ -korttisignaalimme parametrit määrittämällä, mitä keskimääräistä sykettä odotimme; valitsimme 60 lyöntiä minuutissa. Sitten 1 kHz: n taajuudella pystyimme määrittämään, että meidän oli näytettävä noin 3 sekuntia saadaksemme 2-3 EKG-piikkiä aaltomuodossa. Näytimme 4 sekuntia varmistaaksemme, että otamme tarpeeksi EKG -piikkejä. Lohkokaavio lukee saapuvan signaalin ja käyttää huipputunnistusta määrittääkseen kuinka usein täysi syke esiintyy.

Vaihe 6: EKG ja syke

Lohkokaavion koodin avulla EKG näkyy aaltomuodon ruudussa ja lyöntiä minuutissa näytetään sen vieressä. Sinulla on nyt toimiva sykemittari! Jos haluat haastaa itsesi vielä enemmän, kokeile käyttää piiriäsi ja elektrodeja reaaliaikaisen sykkeen näyttämiseen!