Проектиране на ЕКГ цифров монитор и схема: 5 стъпки

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2025-01-23 14:36

Това не е медицинско изделие. Това е само за образователни цели, като се използват симулирани сигнали. Ако използвате тази схема за реални измервания на ЕКГ, моля, уверете се, че веригата и връзките верига към инструмент използват подходящи техники за изолация

Целта на този проект е да се изгради верига, която да усилва и филтрира ЕКГ сигнал, известен също като електрокардиограма. ЕКГ може да се използва за определяне на сърдечната честота и сърдечния ритъм, тъй като е в състояние да открие електрическите сигнали, които преминават през различни части на сърцето през различните етапи на сърдечния цикъл. Тук използваме инструментален усилвател, филтър с прорези и нискочестотен филтър за усилване и филтриране на ЕКГ. След това с помощта на LabView се изчисляват ударите в минута и се показва графично представяне на ЕКГ. Готовият продукт може да се види по -горе.

Стъпка 1: Инструментален усилвател

Необходимата печалба за инструменталния усилвател е 1000 V/V. Това би позволило достатъчно усилване на входящия сигнал, който е много по -малък. Инструменталният усилвател е разделен на две части, Етап 1 и Етап 2. Печалбата на всеки етап (К) трябва да бъде подобна, така че когато се умножи заедно, печалбата е около 1000. Уравненията по -долу се използват за изчисляване на печалбата.

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

K2 = -R4/R3

От тези уравнения бяха намерени стойностите на R1, R2, R3 и R4. За изграждането на схемата, видяна на изображенията, бяха използвани три операционни усилвателя и резистора uA741. Операционните усилватели се захранват с 15V от DC захранване. Входът на инструменталния усилвател беше свързан към функционален генератор, а изходът беше свързан към осцилоскоп. След това беше направен променлив ток и беше установено усилването на усилвателя на инструмента, както може да се види на графиката "Усилване на инструменталния усилвател" по -горе. И накрая, веригата беше пресъздадена в LabView, където беше проведена симулация на усилването, както може да се види в черния график по -горе. Резултатите потвърдиха, че веригата работи правилно.

Стъпка 2: Notch Filter

Филтърът с прорези се използва за премахване на шума, който възниква при 60 Hz. Стойностите на компонентите могат да бъдат изчислени с помощта на уравненията по -долу. Използва се качествен фактор (Q) 8. C беше избран предвид наличните кондензатори.

R1 = 1/(2*Q*ω*C)

R2 = 2*Q/(ω*C)

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

Стойностите на резистора и кондензатора бяха намерени и схемата по -горе беше конструирана, изчислените стойности могат да се видят там. Операционният усилвател се захранва от DC захранване, като входът е свързан към функционален генератор, а изходът към осцилоскоп. Изпълнението на AC Sweep доведе до графиката "Notch Filter AC Sweep" по -горе, показваща, че честота от 60 Hz е премахната. За да се потвърди това, беше пусната симулация на LabView, която потвърди резултатите.

Стъпка 3: Нискочестотен филтър

Използва се нискочестотен филтър от втори ред на Butterworth с честота на прекъсване 250Hz. За да се решат стойностите на резистора и кондензатора, бяха използвани уравненията по -долу. За тези уравнения граничната честота в Hz е променена на в rad/sec, което е установено, че е 1570.8. Използвано е усилване от K = 1. Стойностите за a и b бяха предоставени съответно на 1.414214 и 1.

R1 = 2 / (wc (a 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)

След като стойностите бяха изчислени, веригата беше конструирана със стойностите, които могат да се видят на едно от изображенията по -горе. Трябва да се отбележи, че тъй като е използвано усилване 1, R3 е заменен с отворена верига и R4 е заменен с късо съединение. След като веригата беше сглобена, операционният усилвател се захранваше с 15V от DC захранване. Подобно на другите компоненти, входът и изходът бяха свързани съответно към генератор на функции и осцилоскоп. Създаден е график на AC почистване, видяно в "Нискочестотен филтър AC Sweep" по -горе. Парцелът в черно в симулацията на веригата LabView, потвърждаващ нашите резултати.

Стъпка 4: LabVIEW

Програмата LabVIEW, показана на изображението, се използва за изчисляване на удари в минута и за показване на визуално представяне на входния ЕКГ. DAQ Assistant получава входния сигнал и задава параметрите на извадката. Графиката на формата на вълната след това нанася входа, който DAQ получава в потребителския интерфейс, за да се покаже на потребителя. На входните данни се правят множество анализи. Максималните стойности на входните данни се намират с помощта на Max/Min Identifier, а параметрите за откриване на пикове се задават с Peak Detection. Използвайки индексния масив от местоположенията на пиковете, времето между максималните стойности, дадени от компонента Промяна във времето, и различни аритметични операции, BPM се изчислява и показва като числов изход.

Стъпка 5: Завършена верига

След като всички компоненти бяха свързани, цялата система беше тествана със симулиран ЕКГ сигнал. След това веригата беше използвана за филтриране и усилване на човешка ЕКГ с резултатите, показани чрез гореспоменатата програма LabView. Електроди бяха прикрепени към дясната китка, лявата китка и левия глезен. Лявата китка и дясната китка бяха свързани към входовете на инструменталния усилвател, докато лявият глезен беше свързан към земята. След това изходът на нискочестотния филтър беше свързан към DAQ Assistant. Използвайки същата блокова диаграма LabView от преди, програмата беше стартирана. С преминаването на човешката ЕКГ, от изхода на цялата система се вижда ясен и стабилен сигнал, който може да се види на изображението по -горе.