Obwód elektrokardiogramu: 4 kroki

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Cześć! Jest napisany przez dwóch studentów, którzy obecnie studiują inżynierię biomedyczną i biorą udział w zajęciach z obwodów. Stworzyliśmy EKG i jesteśmy bardzo podekscytowani, że możemy się nim z Tobą podzielić.

Kieszonkowe dzieci

Podstawowe materiały, które będą potrzebne do tego projektu to:

- deska do krojenia chleba

- rezystory

- kondensatory

- wzmacniacze operacyjne (LM741)

- elektrody

Potrzebny będzie również wymieniony sprzęt elektroniczny:

- Zasilacz

- Generator funkcyjny

- Oscyloskop

Krok 1: Wzmacniacz różnicowy

Dlaczego jest to konieczne?

Wzmacniacz różnicowy służy do wzmocnienia sygnału i zmniejszenia szumu, który może wystąpić między elektrodami. Hałas jest redukowany przez pobranie różnicy napięcia z dwóch elektrod. Aby określić niezbędne wartości rezystorów, zdecydowaliśmy, że chcemy, aby wzmacniacz wytworzył wzmocnienie 1000.

Jak jest zbudowany?

Aby to osiągnąć, wykorzystano równanie wzmocnienia dla wzmacniacza różnicowego, matematykę można znaleźć na załączonym obrazku. Przy obliczeniach stwierdzono, że wartości rezystorów powinny wynosić 100Ω i 50kΩ. Ponieważ jednak nie mieliśmy rezystora 50 kΩ, użyliśmy 47 kΩ. Zestawienie wzmacniacza różnicowego zarówno dla LTSpice jak i płytki stykowej można zobaczyć na załączonym zdjęciu. Wzmacniacz różnicowy wymaga płytki stykowej do podłączenia, rezystora 1 x 100 Ω, rezystora 6 x 47 kΩ, 3 wzmacniaczy operacyjnych LM741 i wielu zworek.

Jak to przetestować?

Podczas testowania w LTSpice i na fizycznym urządzeniu, chcesz mieć pewność, że generuje ono wzmocnienie 1000. Odbywa się to za pomocą równania wzmocnienia wzmocnienia = Vout/Vin. Vout to szczyt do szczytu, a Vin to szczyt do szczytu. Na przykład, aby przetestować generator funkcji, wprowadziłbym do obwodu napięcie międzyszczytowe 10 mV, więc powinienem uzyskać napięcie wyjściowe 10 V.

Krok 2: Filtr wycinający

Dlaczego jest to konieczne?

W celu wyeliminowania szumów tworzony jest filtr wycinający. Ponieważ większość budynków ma prąd przemienny o częstotliwości 60 Hz, który może powodować zakłócenia w obwodzie, zdecydowaliśmy się na filtr wycinający, który będzie tłumił sygnał przy 60 Hz.

Jak to zbudować?

Konstrukcja filtra wycinającego jest oparta na powyższym obrazku. Równania do obliczania wartości rezystorów i kondensatorów są również wymienione powyżej. Zdecydowaliśmy się użyć kondensatorów o częstotliwości 60 Hz i 0,1 uF, ponieważ jest to wartość kondensatora, którą mieliśmy. Obliczając równania, stwierdziliśmy, że R1 i R2 są równe 37,549 kΩ, a wartość R3 wynosi 9021,19 Ω. Aby móc stworzyć te wartości na naszej płytce drukowanej, użyliśmy 39 kΩ dla R1 i R2 oraz 9,1 kΩ dla R3. Ogólnie rzecz biorąc, filtr wycinający wymaga rezystora 1 x 9,1 kΩ, rezystora 2 x 39 kΩ, kondensatora 3 x 0,1 uF, 1 wzmacniacza operacyjnego LM741 i wielu przewodów połączeniowych. Schemat konfiguracji filtra wycinającego zarówno dla LTSpice, jak i płytki stykowej to na powyższym obrazku.

Jak to przetestować?

Funkcjonalność filtra wycinającego można przetestować, wykonując przemiatanie AC. Wszystkie częstotliwości powinny przechodzić przez filtr z wyjątkiem 60 Hz. Można to przetestować zarówno na LTSpice, jak i na obwodzie fizycznym

Krok 3: Filtr dolnoprzepustowy

Dlaczego jest to konieczne?

Filtr dolnoprzepustowy jest potrzebny, aby zredukować hałas z twojego ciała i otaczającego nas pomieszczenia. Decydując o częstotliwości odcięcia dla filtra dolnoprzepustowego, ważne było, aby wziąć pod uwagę, że bicie serca występuje od 1 Hz do 3 Hz, a krzywe składające się na EKG są bliskie 1-50 Hz.

Jak to zbudować?

Zdecydowaliśmy się ustawić częstotliwość odcięcia na 60 Hz, abyśmy nadal mogli uzyskać wszystkie użyteczne sygnały, ale także odciąć niepotrzebny sygnał. Przy określaniu częstotliwości odcięcia na 70 Hz zdecydowaliśmy się wybrać wartość kondensatora 0,15uF, ponieważ jest to kondensator, który mieliśmy w naszym zestawie. Obliczenie wartości kondensatora można zobaczyć na obrazku. Wynikiem obliczeń była wartość rezystora 17,638 kΩ. Zdecydowaliśmy się użyć rezystora 18 kΩ. Filtr dolnoprzepustowy wymaga rezystora 2 x 18kΩ, kondensatora 2x0,15 uF, 1 wzmacniacza operacyjnego LM741 i mnóstwa zworek. Schemat filtra dolnoprzepustowego zarówno dla LTSpice, jak i obwodu fizycznego można znaleźć na obrazku.

Jak to przetestować?

Filtr dolnoprzepustowy można przetestować za pomocą przemiatania AC zarówno w obwodzie LTSpice, jak i fizycznym. Podczas uruchamiania przemiatania AC powinieneś zobaczyć, że częstotliwości poniżej do odcięcia pozostają niezmienione, ale częstotliwości powyżej wartości odcięcia zaczynają być odfiltrowywane.

Krok 4: Ukończ projekt

Kiedy obwód jest gotowy, powinien wyglądać jak na powyższym obrazku! Jesteś teraz gotowy, aby przymocować elektrody do ciała i zobaczyć swoje EKG! Wraz z oscyloskopem EKG może być również wyświetlane na Arduino.