עיצוב צג ומעגל דיגיטלי של א.ק.ג.: 5 שלבים

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

זה לא 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

מטרת הפרויקט היא לבנות מעגל שיכול להגביר ולסנן אות א.ק.ג, המכונה גם אלקטרוקרדיוגרמה. ניתן להשתמש באק"ג לקביעת קצב הלב וקצב הלב, שכן הוא מסוגל לזהות את האותות החשמליים העוברים בחלקים שונים של הלב במהלך השלבים השונים של מחזור הלב. כאן אנו משתמשים במגבר מכשור, מסנן חריץ ומסנן מעבר נמוך כדי להגביר ולסנן את הא.ק.ג. לאחר מכן, באמצעות LabView, הפעימות לדקה מחושבות ומוצג ייצוג גרפי של האק"ג. את המוצר המוגמר ניתן לראות למעלה.

שלב 1: מגבר מכשור

הרווח הדרוש למגבר המכשור הוא 1000 V/V. זה יאפשר הגברה מספקת של האות הנכנס שהוא הרבה יותר קטן. מגבר המכשור מחולק לשני חלקים, שלב 1 ושלב 2. הרווח של כל שלב (K) צריך להיות דומה, כך שכאשר יוכפל יחד, הרווח הוא סביב 1000. המשוואות שלהלן משמשות לחישוב הרווח.

K1 = 1 + ((2*R2)/R1)

K2 = -R4/R3

ממשוואות אלה נמצאו הערכים R1, R2, R3 ו- R4. לבניית המעגל הנראה בתמונות, נעשה שימוש בשלושה מגברים תפעוליים ונגדים. מגברי ה- op מופעלים עם 15V מספק כוח DC. הקלט של מגבר המכשור היה מחובר למחולל פונקציות והפלט היה מחובר לאוסילוסקופ. לאחר מכן, נעשה סריקת AC, ונמצא רווח מגבר המכשור, כפי שניתן לראות בחלקה של "רווח מגבר המכשור" למעלה. לבסוף, המעגל שוחזר ב- LabView, שם הופעלה סימולציה של הרווח, כפי שניתן לראות בחלקה השחורה למעלה. התוצאות אישרו שהמעגל פעל כהלכה.

שלב 2: מסנן חריץ

מסנן החריץ משמש להסרת רעש המתרחש ב 60 הרץ. ניתן לחשב את ערכי המרכיבים באמצעות המשוואות להלן. נעשה שימוש במקדם איכות (Q) של 8. C נבחר בהתחשב בקבלים הזמינים.

R1 = 1/(2*Q*ω*C)

R2 = 2*Q/(ω*C)

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

ערכי הנגד והקבלים נמצאו והמעגל למעלה נבנה, ניתן לראות את הערכים המחושבים שם. המגבר התפעולי הופעל על ידי ספק כוח DC, כאשר הכניסה מחוברת למחולל פונקציות והפלט לאוסילוסקופ. הפעלת מטאטא AC הביאה לעלילה "מסנן חריץ AC לטאטא" למעלה, המראה כי תדר של 60 הרץ הוסר. כדי לאשר זאת, הופעלה סימולציה של LabView שאישרה את התוצאות.

שלב 3: מסנן Low Pass

נעשה שימוש במסנן נמוך מסוג Butterworth מסדר שני, עם תדר ניתוק של 250 הרץ. כדי לפתור את ערכי הנגד והקבלים, נעשה שימוש במשוואות להלן. עבור משוואות אלה, תדירות החיתוך ב- Hz שונתה להיות rad/sec, שנמצא כ- 1570.8. נעשה שימוש ברווח של K = 1. הערכים עבור a ו- b סופקו להיות 1.414214 ו -1 בהתאמה.

R1 = 2 / (wc (C2 + sqrt (a^2 + 4 b (K - 1)) C2^2 - 4 b C1 C2))

R2 = 1/ (b C1 C2 R1 wc^2)

R3 = K (R1 + R2) / (K - 1)

R4 = K (R1 + R2)

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

C2 = (10 / fc)

לאחר חישוב הערכים, המעגל נבנה עם הערכים, אותם ניתן לראות באחת התמונות למעלה. יש לציין שמכיוון ששימש רווח של 1, R3 הוחלף במעגל פתוח ו- R4 הוחלף בקצר. לאחר שהמעגל הורכב, המגבר מופעל באמצעות 15V מספק חשמל DC. בדומה לרכיבים האחרים, הקלט והפלט היו מחוברים למחולל פונקציות ולאוסילוסקופ בהתאמה. חלקה של מטאטא AC נוצרה, כפי שנראה ב"טאטת AC מסנן נמוך "לעיל. העלילה בשחור בהדמיית LabView של המעגל, המאשרת את תוצאותינו.

שלב 4: LabVIEW

תוכנית LabVIEW המוצגת בתמונה משמשת לחישוב פעימות לדקה ולהצגת ייצוג חזותי של א.ק.ג קלט. עוזר DAQ רוכש את אות הכניסה וקובע את פרמטרי הדגימה. גרף צורת הגל משרטט את הקלט שה- DAQ מקבל בממשק המשתמש להציג למשתמש. ניתוח נתונים מרובים מתבצע על נתוני הקלט. הערכים המרביים של נתוני הקלט נמצאים באמצעות מזהה המקסימום/דקה, והפרמטרים לאיתור פסגות נקבעים באמצעות זיהוי שיא. באמצעות מערך אינדקס של מיקומי הפסגות, הזמן בין ערכים מקסימליים שניתן על ידי הרכיב שינוי בזמן ופעולות אריתמטיות שונות, ה- BPM מחושב ומוצג כפלט המספרי.

שלב 5: המעגל הושלם

לאחר חיבור כל הרכיבים, המערכת המלאה נבדקה עם אות אק"ג מדומה. לאחר מכן, המעגל שימש לסינון והגברה של א.ק.ג אנושי כאשר התוצאות מוצגות באמצעות תוכנית LabView הנ"ל. אלקטרודות הוצמדו לפרק כף היד הימנית, פרק כף היד השמאלית והקרסול השמאלי. פרק כף היד השמאלית ופרק כף היד הימנית היו מחוברים לכניסות מגבר המכשור, ואילו הקרסול השמאלי היה מחובר לקרקע. הפלט של מסנן המעבר הנמוך חובר לאחר מכן ל- DAQ Assistant. התוכנית הופעלה באמצעות אותו דיאגרמת בלוק של LabView מבעבר. כאשר ה- ECG האנושי עובר, נראה אות ברור ויציב מהפלט של המערכת המלאה, שניתן לראות בתמונה למעלה.