מעגל א.ק.ג '(PSpice, LabVIEW, לוחית): 3 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:17

הערה: זהו אינו מכשיר רפואי. זה מיועד למטרות לימוד רק באמצעות אותות מדומים. אם אתה משתמש במעגל זה למדידות א.ק.ג אמיתיות, ודא שהמעגל וחיבורי המעגל למכשיר משתמשים בטכניקות בידוד נאותות

מדריך זה הוא דרך מודרכת לדמות, לבנות ולבדוק מעגל הקולט, מסנן ומגביר אותות א.ק.ג. תזדקק לידע בסיסי של מעגלים ומעט מכשירים כדי ליישם את מכלול ההוראות.

אלקטרוקרדיוגרפיה (א.ק.ג או א.ק.ג) היא בדיקה לא כואבת ולא פולשנית המתעדת את הפעילות החשמלית של הלב ומשמשת כדי לקבל תובנה לגבי מצב ליבו של המטופל. כדי לדמות בהצלחה קריאת א.ק.ג, יש להגביר את אותות הלב הקלטים (מגבר מכשור) ולסנן (מסנני חריץ ומעבר נמוך). רכיבים אלה נוצרו פיזית ועל סימולטור מעגלים. כדי לוודא שכל רכיב מגביר או מסנן נכון את האות, ניתן לבצע טאטת AC באמצעות PSpice וניסוי. לאחר בדיקה מוצלחת של כל רכיב בנפרד, ניתן להזין אות לבבי דרך מעגל הושלם המורכב ממגבר המכשור, מסנן חריץ ומסנן מעבר נמוך. לאחר מכן, ניתן להזין אות א.ק.ג אנושי דרך האק ג ו- LabVIEW. ניתן להפעיל את צורת הגל המדומה ואת האות הלבבי האנושי דרך LabVIEW על מנת לספור פעימות לדקה (BPM) של אות הכניסה. בסך הכל, אות לב וכניסה אנושי צריך להיות מסוגל להיות מוגבר ולסנן בהצלחה, המדמה א.ק.ג באמצעות כישורי מעגלים לעיצוב, שינוי ובדיקה של מגבר מכשור, מסנן חריץ ומעגל מסנן נמוך.

שלב 1: הדמה מעגל במחשב

אתה יכול להשתמש בכל תוכנה שיש לך כדי לדמות את המעגל שנוצר. השתמשתי ב- PSpice כך שבגללה אני אסביר את הפרטים, אך ערכי הרכיבים (נגדים, קבלים וכו ') וההתייחסויות העיקריות הן אותו הדבר אז אל תהסס להשתמש במשהו אחר (כגון circuitlab.com).

חישוב ערכי רכיב:

1. הראשון הוא לקבוע ערכים למגבר המכשור (ראו תמונה). הערכים בתמונה נקבעו על ידי רווח רצוי של 1000. מה שאומר שכל מה שקלט הכניסה שתספק חלק זה של המעגל 'יעצים' זאת על ידי ערך הרווח. למשל אם אתה מספק 1V כפי שעשיתי הפלט צריך להיות 1000V. יש שני חלקים למגבר המכשור הזה, כך שהרווח מתחלק ביניהם המצוינים כ- K1 ו- K2. עיין בתמונה הכלולה, אנו רוצים שהרווחים יהיו קרובים (בגלל זה משוואה 2 בתמונה), משוואות 2 ו -3 בתמונה נמצאות עם ניתוח ניוד, ואז ניתן לחשב את ערכי הנגד (ראה תמונה).
2. ערכי הנגד של מסנן החריץ נקבעו על ידי הגדרת גורם האיכות, Q, ל -8 ובגלל העובדה שידענו שיש לנו הרבה קבלים 0.022uF זמינים, לאחר מכן התקדמנו בחישובים באמצעות שני התנאים הללו. עיין בתמונה עם משוואות 5 - 10 לחישוב הערכים. או השתמש ב- R1 = 753.575Ω, R2 = 192195Ω, R3 = 750.643Ω, וזה מה שעשינו!
3. מסנן המעבר הנמוך הוא להסיר רעש מעל תדר מסוים שמצאנו ברשת שעבור א.ק.ג כדאי להשתמש בתדר ניתוק fo, של 250 הרץ. מתדר זה ומשוואות 11-15 (בדוק את התמונה) חשב את ערכי הנגד למסנן המעבר הנמוך שלך. התייחס ל- R3 כאל מעגל פתוח ו- R4 כקצר כדי להשיג רווח של K = 1. חישבנו R1 = 15, 300 אוהם, R2 = 25, 600 אוהם, C1 = 0.022 uF, C2 = 0.047 uF.

פתח ובנה ב- PSpice:

עם כל הערכים האלה, התחל PSpice - פתח את 'OrCAD Capture CIS', אם קופץ לבחירת פרוייקט Cadence נפתח בחר 'Allegro PCB Design CIS L', פתח קובץ -> פרויקט חדש, הקלד שם חכם עבורו, בחר צור פרוייקט באמצעות A/D אנלוגי או מעורב, בחר 'צור פרוייקט ריק', ראה תמונה לארגון הקבצים של הפרויקט שלך, בתוך כל עמוד הוא המקום שבו תאסוף את הרכיבים (נגדים, קבלים וכו ') לבניית החלק של הפרויקט שלך מעגל שאתה רוצה. בכל עמוד תלחץ על חלק בסרגל הכלים למעלה ותלחץ על חלק כדי לפתוח רשימה של חלקים שבהם אתה מחפש נגדים, קבלים, מגברים תפעוליים ומקורות כוח. כמו כן בתפריט הנפתח Place תמצא קרקע וחוט בהם תצטרך להשתמש. עכשיו תכנן כל אחד מהדפים שלך כפי שניתן לראות בתמונות הכלולות באמצעות הערכים שחישבת.

הפעל AC Sweeps כדי להבטיח שהסינון וההגברה אכן מתרחשים כפי שאתה מצפה

הוספתי שתי דמויות להדמיה של אלה. שימו לב לחריצה ב -60 הרץ ולסנן את התדרים הגבוהים. שימו לב לצבעי הקו וביטויי העקבות המסומנים, גם אני ניהלתי את כל המעגל ביחד, כך שתקבלו מושג למה אתם יכולים לצפות!

לטאטאות בחר PSpice, לחץ על PSpice, פרופיל סימולציה חדש, שנה ל- AC Sweep והגדר את התדרים הרצויים להתחלה, עצירה וערך התוספת. בתפריט PSpice בחרתי גם סמנים, מתקדם ובוחר dB מתח ושמתי את הסמן במקום בו רציתי למדוד את הפלט זה עוזר מאוחר יותר, כך שלא תצטרך להוסיף שינוי עקבות באופן ידני. לאחר מכן עבור לארוז שוב ללחצן התפריט PSpice ובחר הפעלה או פשוט הקש F11. כאשר הסימולטור נפתח, במידת הצורך: לחץ על מעקב, הוסף עקבות ולאחר מכן בחר את ביטוי העקבות המתאים כגון V (U6: OUT) אם ברצונך למדוד את פלט המתח בסיכה OUT של אופמפ U6.

מגבר מכשור: השתמש ב- uA741 עבור כל שלושת המגברים ושימו לב למגברים שבתמונות מתייחסים בהתאם לתווית שלהם (U4, U5, U6). הפעל את סוויטת ה- AC שלך ב- PSpice כדי לחשב את תגובת התדר של המעגל עם כניסת המתח האחת כך שפלט המתח צריך להיות שווה לרווח (1000) במקרה זה.

מסנן חריץ: השתמש במקור מתח AC אחד כפי שניתן לראות בתמונה ובמגבר התפעולי uA741 והקפד להפעיל כל מגבר אופציה בו אתה משתמש (מופעל עם 15V DC). הפעל את מטאטא AC, אני ממליץ על מרווחים של 30 עד 100 הרץ על 10 הרץ כדי להבטיח את החריץ ב -60 הרץ שיסנן אותות חשמליים.

מסנן מעבר נמוך: השתמש במגבר התפעולי uA741 (ראה באיור כפי שכותרתו שלנו היה U1), והספק למעגל הספק AC של וולט אחד. הפעל את מגברי ה- op עם 15 וולט DC ומדוד את הפלט לטאטא AC בסיכה 6 של U1 המתחברת עם החוט הנראה בתמונה. מטאטא AC משמש לחישוב תגובת התדר של המעגל ועם כניסת המתח היחידה שהגדרת, פלט המתח צריך להיות שווה לרווח- 1.

שלב 2: בנה את המעגל הפיזי על לוח קרש

זה יכול להיות מאתגר אבל יש לי אמונה מלאה בך! השתמש בערכים ובסכימות שיצרת ובדקת (אתה מקווה שתדע שהם עובדים הודות לסימולטור המעגלים) כדי לבנות זאת על לוח לחם. הקפד להחיל רק כוח (1 Vp-p על ידי מחולל פונקציות) על ההתחלה לא בכל שלב אם בודקים מעגל שלם, לבדיקת מעגל שלם מחברים כל חלק (מגבר מכשור לחריץ מסנן למעבר נמוך), הקפד ל ספק V+ ו- V- (15V) לכל מגבר אופ, ותוכל לבדוק שלבים בודדים על ידי מדידת פלט בתדרים משתנים בעזרת האוסילוסקופ כדי לוודא שדברים כמו סינון פועלים. אתה יכול להשתמש בצורת גל הלב המובנה בגנרטור הפונקציות כאשר אתה בודק את כל המעגל יחד ואז תראה את צורת הגל של QRS כצפוי. עם קצת תסכול והתמדה אתה אמור להיות מסוגל לבנות זאת פיזית!

הוספנו גם קבל רצועה של 0.1uF במקביל לעוצמות מגבר ה- op שאינן מופיעות ב- PSpice.

להלן מספר טיפים בעת בניית הרכיבים האישיים:

עבור מגבר המכשור, אם אתה מתקשה לאתר את מקור השגיאה, בדוק כל פלט בודד של שלושת המגברים. בנוסף, ודא שאתה מספק את מקור החשמל והקלט כהלכה. יש לחבר את מקור הכוח לפין 4 ו -7, ואת כניסת הפלט והיציאה לסיכות 3 של מגברי השלב הראשון.

עבור מסנן החריץ, יש לבצע כמה התאמות לערכי הנגד על מנת לגרום למסנן לסנן בתדר של 60 הרץ. אם הסינון מתרחש גבוה מ- 60 הרץ, הגדלת אחד הנגדים (התאמנו 2) תעזור להוריד את תדר המסנן (הפוך לעלייה).

עבור מסנן המעבר הנמוך, הבטחת ערכי הנגד הפשוטים (נגדים שכבר יש לך) תפחית את השגיאה באופן משמעותי!

שלב 3: LabVIEW לתכנון צורת גל א.ק.ג וחישוב קצב הלב (פעימות לדקה)

ב- LabVIEW תיצור תרשים בלוקים וממשק משתמש שהוא החלק שיציג את צורת גל ה- ECG על הגרף כפונקציה של הזמן ויציג מספר קצב לב דיגיטלי. צירפתי תמונה של מה לבנות על labVIEW תוכל להשתמש בשורת החיפוש כדי למצוא את הרכיבים הדרושים. סבלנות עם זה ואתה יכול גם להשתמש בעזרה כדי לקרוא על כל יצירה.

הקפד להשתמש ב- DAQ הפיזי כדי לחבר את המעגל שלך למחשב. בעוזר DAQ שנה את הדגימה שלך לרציף ו -4k.

להלן כמה עצות לבניית התרשים:

• חיבור DAQ Assistant יוצא מ"נתונים "ו"עצירה".
• עוזר DAQ ל"צורת גל פנימה "על המקסימום המרבי.
• לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני, צור ובחר קבוע עבור המספר הנראה בתמונה.
• קליק ימני, בחר פריט, dt, זה כדי לשנות t0 ל- dt
• לזיהוי שיא יש חיבורים ב"אות פנימה "," סף "ו"רוחב"
• התחבר ל"מערך "והקבועים ל"אינדקס"
• וודא שסיכת לוח DAQ פיזית (כלומר אנלוגי 8) היא הסיכה שבחרת בעוזר DAQ (ראה תמונה)

הסרטון הכלול 'IMG_9875.mov' הוא של מחשב המציג את ממשק המשתמש VI של LabVIEW המציג את צורת הגל של האק ג והפעימות לדקה בהתבסס על הקלט (האזינו כפי שהוכרז למה משתנה התדר).

בדוק את העיצוב שלך על ידי שליחת קלט תדר של 1 הרץ ויש לו צורת גל נקייה (ראו את התמונה להשוות אליה) אבל אתה אמור להיות מסוגל לקרוא 60 פעימות לדקה!

מה שעשית יכול לשמש גם לקריאת אות א.ק.ג אנושי רק בשביל הכיף מכיוון שזה לא מכשיר רפואי. אתה עדיין צריך להיות זהיר עם הזרם המסופק לעיצוב. אלקטרודות משטח מחוברות: חיוביות לקרסול השמאלי, שליליות לפרק כף היד הימנית, והדבק קרקע לקרסול הימני. הפעל את labVIEW וכדאי שתראה את צורת הגל מופיעה בגרף והקצב לדקה גם צץ בתיבת התצוגה הדיגיטלית.