Sonography אולטרסאונד גוף עם Arduino: 3 שלבים (עם תמונות)

2025 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2025-01-23 14:46

שלום!

התחביב והתשוקה שלי הוא לממש פרויקטים בפיזיקה. אחת העבודות האחרונות שלי עוסקת בסאונוגרפיה קולית. כמו תמיד ניסיתי לעשות את זה הכי פשוט שאפשר עם חלקים שאפשר להשיג ב- eBay או ב- aliexpress. אז בואו נסתכל כמה רחוק אני יכול להגיע עם הפריטים הפשוטים שלי …

קיבלתי השראה מהפרויקט קצת יותר מסובך ויקר יותר:

hackaday.io/project/9281-murgen-open-sourc…

להלן החלקים הדרושים לפרויקט שלי:

החלקים העיקריים:

• מד למדידת עובי הצבע תמורת 40 דולר: מד עובי צבע ebay GM100
• או רק מתמר 5 מגה -הרץ תמורת 33 דולר: מתמר 5 מגה -הרץ ebay
• arduino Due תמורת 12 דולר: ebay arduino due
• צג 320x480 פיקסלים עבור 11 דולר: צג ארדואינו 320x480
• שני ספקי כוח 9V/1A לאספקה סימטרית +9/GND/-9V
• אולטרסאונד-ג'ל לסאונוגרפיה: ג'ל אולטרסאונד 10 דולר

למשדר:

• ממיר צעדים עבור 100V הדרוש עבור 5 דולר: ממיר דחיפה של 100V
• ממיר צעדים נפוץ המספק 12-15V לממיר בוסט 100V תמורת 2 דולר: ממיר בוסט XL6009
• ווסת מתח LM7805
• monoflop-IC 74121
• mosfet-driver ICL7667
• IRL620 מוספת: IRL620
• קבלים עם 1nF (1x), 50pF (1x), 0.1µF (1x electrolytic), 47µF (1x electrolytic), 20 µF (1 x electrolytic for 200V), 100 nF (2x MKP for 200V: 100nF20µF
• נגדים עם 3kOhm (0.25W), 10kOhm (0.25W) ו- 50Ohm (1W)
• פוטנציומטר 10 קאוהם
• 2 יח '. שקעי C5: שקע C5 7 דולר

עבור המקלט:

• 3 יח '. הגברה מבצעית AD811: ebay AD811
• 1 יח. מגבר תפעולי LM7171: ebay LM7171
• קבלים 5 x 1 nF, 8 x 100nF קבלים
• פוטנציומטר 4 x 10 kOhm
• 1 x 100 קאוהם פוטנציומטר
• נגדי 0.25W עם 68 אוהם, 330 אוהם (2 יח '), 820 אוהם, 470 אוהם, 1.5 קאוהם, 1 קאוהם, 100 אוהם
• דיודות 1N4148 (2 יח ')
• דיודת זנר 3.3V (1 יח ')

שלב 1: מעגלי המשדר והמקלט שלי

סנוגרפיה היא דרך חשובה מאוד ברפואה להסתכל פנימה לתוך הגוף. העיקרון פשוט: משדר שולח פעימות אולטרה-קוליות. הם מתפשטים בגוף, משתקפים על ידי איברים פנימיים או עצמות וחוזרים למקלט.

במקרה שלי אני משתמש במד GM100 למדידת עובי שכבות הצבע. למרות שזה לא באמת מיועד להסתכלות בתוך הגוף, אני יכול לראות את העצמות שלי.

משדר GM100 עובד בתדר של 5 מגה-הרץ. לכן עליך ליצור פולסים קצרים מאוד באורך של 100-200 ננו-שניות. ה- 7412-monoflop מסוגל ליצור פולסים קצרים כאלה. פולסים קצרים אלה מגיעים אל נהג ICL7667-mosfet, המניע את שער ה- IRL620 (שימו לב: המוספט חייב להיות מסוגל להתמודד עם מתח עד 200V!).

אם השער מופעל, קבלים 100V-100nF מתפרקים ודופק שלילי של -100V מופעל על המשדר-פיזו.

הדי האולטראסוני, המתקבלים מהראש GM100 עוברים למגבר 3 שלבים עם OPA AD820 המהיר. לאחר השלב השלישי תצטרך מיישר דיוק. למטרה זו אני משתמש במגבר תפעולי LM7171.

שימו לב: קיבלתי את התוצאות הטובות ביותר כשאני מקצר את הקלט של מיישר הדיוק בעזרת לולאת דופונט-תיל (? במעגל). אני לא ממש מבין למה אבל תצטרך לבדוק את זה אם תנסה לשחזר את הסורק האולטראסוני שלי.

שלב 2: תוכנת Arduino

יש לאחסן ולהציג את הפולסים המוחזרים על ידי מיקרו -בקר. הבקר המיקרו חייב להיות מהיר. לכן אני בוחר בארדואינו בשל. ניסיתי שני סוגים שונים של קודים מהירים לקריאה אנלוגית (תראה את הקבצים המצורפים). אחת מהירה יותר (בערך 0.4 מיקרון לכל המרה) אבל קיבלתי פי 2-3 את אותו ערך כשקראתי את הקלט האנלוגי. השני מעט איטי יותר (1 מיקרון לכל המרה), אך אין לו את החיסרון של הערכים החוזרים ונשנים. בחרתי את הראשון…

על לוח המקלט ישנם שני מתגים. בעזרת הסיטצ'ים האלה אתה יכול לעצור את המדידה ולבחור שני בסיסי זמן שונים. האחד לזמני מדידה בין 0 ל -120 מיקרון והשני בין 0 ל -240 מיקרון. הבנתי זאת על ידי קריאת 300 ערכים או 600 ערכים. עבור 600 ערכים זה לוקח פעמיים מהזמן, אבל אז אני לוקח רק כל שנייה אנלוגית בערך.

ההדים הנכנסים נקראים עם אחת מיציאות הכניסה האנלוגיות של הארדואינו. דיודת הזנר צריכה להגן על היציאה למתח גבוה מדי מכיוון שהארדואינו יכול לקרוא רק מתח עד 3.3V.

כל ערך-קלט-אנלוגי הופך לאחר מכן לערך שבין 0 ל -255. עם ערך זה יישרטט מחדש ריבוע בצבע אפור נוסף על הצג. לבן פירושו אות/הד גבוה, אפור כהה או שחור פירושו אות/הד נמוך.

להלן השורות בקוד לציור המלבנים עם רוחב 24 פיקסלים וגובה פיקסל אחד

עבור (i = 0; i <300; i ++) {

ערכים = מפה (ערכים , 0, 4095, 0, 255);

myGLCD.setColor (ערכים , ערכים , ערכים );

myGLCD.fillRect (j * 24, 15 + i, j * 24 + 23, 15 + i);

}

לאחר שנייה הטור הבא יוגרל …

שלב 3: תוצאות

בדקתי אובייקטים שונים מגלילי אלומיניום מעל בלונים מלאים בגוף. כדי לראות אקו-גוף ההגברה של האותות חייבת להיות גבוהה מאוד. עבור גלילי האלומיניום יש צורך בהגברה נמוכה יותר. כשמסתכלים על התמונות אפשר לראות בבירור את ההדים מהעור ומהעצם שלי.

אז מה אני יכול להגיד על ההצלחה או הכישלון של הפרויקט הזה. אפשר להביט אל תוך הגוף בשיטות פשוטות כל כך ובאמצעות חלקים, שאינם מיועדים לרוב למטרה זו. אך גם גורמים אלה מגבילים את התוצאות. אתה לא מקבל תמונות ברורות ומובנות כל כך בהשוואה לפתרונות מסחריים.

אבל וזה הדבר החשוב ביותר, ניסיתי ועשיתי כמיטב יכולתי. אני מקווה שאהבתם את ההנחיות וזה היה לפחות מעניין עבורכם.

אם אתה אוהב להציץ בפרויקטים אחרים בפיזיקה שלי:

www.youtube.com/user/stopperl16/videos?

פרויקטים נוספים בפיזיקה: