Κύκλωμα ηλεκτροκαρδιογραφήματος: 4 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Γειά σου! Αυτό γράφτηκε από δύο φοιτητές που σπουδάζουν αυτή τη στιγμή Βιοϊατρική Μηχανική και παρακολουθούν μαθήματα κυκλωμάτων. Δημιουργήσαμε ένα ΗΚΓ και είμαστε πολύ ενθουσιασμένοι που θα το μοιραστούμε μαζί σας.

Προμήθειες

Οι βασικές προμήθειες που θα χρειαστούν για αυτό το έργο περιλαμβάνουν:

- σανίδα ψωμιού

- αντιστάσεις

- πυκνωτές

- λειτουργικοί ενισχυτές (LM741)

- ηλεκτρόδια

Θα χρειαστείτε επίσης τον αναφερόμενο ηλεκτρονικό εξοπλισμό:

- Τροφοδοσία DC

- Γεννήτρια λειτουργιών

- Παλιοσκόπιο

Βήμα 1: Διαφορικός ενισχυτής

Γιατί είναι απαραίτητο;

Ο διαφορικός ενισχυτής χρησιμοποιείται για την ενίσχυση του σήματος και τη μείωση του θορύβου που μπορεί να προκύψει μεταξύ των ηλεκτροδίων. Ο θόρυβος μειώνεται λαμβάνοντας τη διαφορά τάσης από τα δύο ηλεκτρόδια. Για να καθορίσουμε τις απαραίτητες τιμές αντίστασης, αποφασίσαμε ότι θέλουμε ο ενισχυτής να δημιουργήσει κέρδος 1000.

Πώς είναι χτισμένο;

Για να επιτευχθεί αυτό, χρησιμοποιήθηκε η εξίσωση κέρδους για διαφορικό ενισχυτή, τα μαθηματικά μπορούν να βρεθούν στην συνημμένη εικόνα. Κατά τον υπολογισμό, διαπιστώθηκε ότι οι τιμές της αντίστασης πρέπει να είναι 100Ω και 50kΩ. Ωστόσο, επειδή δεν είχαμε αντίσταση 50 kΩ, χρησιμοποιήσαμε 47 kΩ. Η ρύθμιση του διαφορικού ενισχυτή τόσο για το LTSpice όσο και για το breadboard φαίνεται στη συνημμένη φωτογραφία. Ο διαφορικός ενισχυτής απαιτεί ένα breadboard για να το συνδέσετε, 1 x 100Ω αντίσταση, 6 x 47kΩ αντίσταση, 3 λειτουργικούς ενισχυτές LM741 και πολλά καλώδια βραχυκυκλωτήρων.

Πώς να το δοκιμάσετε;

Κατά τη δοκιμή στο LTSpice και στη φυσική συσκευή, θέλετε να βεβαιωθείτε ότι παράγει κέρδος 1000. Αυτό γίνεται χρησιμοποιώντας την εξίσωση κέρδους κέρδους = Vout/ Vin. Το Vout είναι η έξοδος από την κορυφή στην κορυφή και το Vin είναι η είσοδος κορυφής στην κορυφή. Για παράδειγμα, για δοκιμή στη γεννήτρια λειτουργίας, θα έβαζα 10 mV κορυφή σε κορυφή στο κύκλωμα, οπότε θα έπρεπε να έχω έξοδο 10V.

Βήμα 2: Φίλτρο εγκοπών

Γιατί είναι απαραίτητο;

Δημιουργείται ένα φίλτρο εγκοπών για την εξάλειψη του θορύβου. Δεδομένου ότι τα περισσότερα κτίρια έχουν ρεύμα AC 60 Hz που θα δημιουργούσε θόρυβο στο κύκλωμα, αποφασίσαμε να φτιάξουμε ένα φίλτρο εγκοπής που θα εξασθενίσει το σήμα στα 60 Hz.

Πώς να το χτίσετε;

Ο σχεδιασμός φίλτρου εγκοπών βασίζεται στην παραπάνω εικόνα. Οι εξισώσεις για τον υπολογισμό των τιμών για τις αντιστάσεις και τους πυκνωτές παρατίθενται επίσης παραπάνω. Αποφασίσαμε να χρησιμοποιήσουμε πυκνωτές 60 Hz και 0,1 uF αφού είναι μια τιμή πυκνωτή που είχαμε. Κατά τον υπολογισμό των εξισώσεων, διαπιστώσαμε ότι το R1 & R2 είναι ίσο με 37, 549 kΩ και η τιμή για το R3 είναι 9021,19 Ω. Για να μπορέσουμε να δημιουργήσουμε αυτές τις τιμές στην πλακέτα κυκλώματος, χρησιμοποιήσαμε 39 kΩ για R1 και R2 και 9,1 kΩ για R3. Συνολικά, το φίλτρο εγκοπής απαιτεί 1 x 9,1kΩ αντίσταση, 2 x 39kΩ αντίσταση, 3 x 0,1 uF πυκνωτή, 1 λειτουργικούς ενισχυτές LM741 και πολλά καλώδια βραχυκυκλωτή. σε μια εικόνα παραπάνω.

Πώς να το δοκιμάσετε;

Η λειτουργικότητα του φίλτρου εγκοπών μπορεί να ελεγχθεί κάνοντας σάρωση εναλλασσόμενου ρεύματος. Όλες οι συχνότητες πρέπει να διέρχονται από το φίλτρο εκτός από 60 Hz. Αυτό μπορεί να δοκιμαστεί τόσο στο LTSpice όσο και στο φυσικό κύκλωμα

Βήμα 3: Φίλτρο χαμηλής διέλευσης

Γιατί είναι απαραίτητο;

Απαιτείται ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης για να μειωθεί ο θόρυβος από το σώμα σας και το δωμάτιο που μας περιβάλλει. Όταν αποφασίζατε τη συχνότητα διακοπής για το φίλτρο χαμηλής διέλευσης, ήταν σημαντικό να λάβετε υπόψη ότι ένας καρδιακός παλμός συμβαίνει από 1 Hz-3Hz και οι κυματομορφές που απαρτίζουν το ΗΚΓ είναι κοντά στο 1-50 Hz.

Πώς να το χτίσετε;

Αποφασίσαμε να κάνουμε τη συχνότητα διακοπής 60 Hz, ώστε να μπορούμε να λαμβάνουμε όλα τα χρήσιμα σήματα, αλλά και να κόβουμε το περιττό σήμα. Κατά τον προσδιορισμό της συχνότητας αποκοπής θα ήταν 70 Hz, αποφασίσαμε να επιλέξουμε την τιμή του πυκνωτή των 0.15uF αφού είναι αυτή που είχαμε στο κιτ μας. Ο υπολογισμός για την τιμή του πυκνωτή φαίνεται στην εικόνα. Το αποτέλεσμα του υπολογισμού ήταν μια τιμή αντίστασης 17,638 kΩ. Επιλέξαμε να χρησιμοποιήσουμε μια αντίσταση 18 kΩ. Το φίλτρο χαμηλής διέλευσης απαιτεί αντίσταση 2 x 18kΩ, πυκνωτή 2x0.15 uF, 1 λειτουργικούς ενισχυτές LM741 και πολλά καλώδια βραχυκυκλωτήρων. Το σχήμα του φίλτρου χαμηλής διέλευσης τόσο για το LTSpice όσο και για το φυσικό κύκλωμα μπορεί να βρεθεί στην εικόνα.

Πώς να το δοκιμάσετε;

Το φίλτρο χαμηλής διέλευσης μπορεί να δοκιμαστεί χρησιμοποιώντας σάρωση AC τόσο στο LTSpice όσο και στο φυσικό κύκλωμα. Κατά την εκτέλεση της σάρωσης εναλλασσόμενου ρεύματος, θα πρέπει να δείτε ότι οι παρακάτω συχνότητες για διακοπή είναι αμετάβλητες, αλλά οι συχνότητες πάνω από τη διακοπή αρχίζουν να φιλτράρονται.

Βήμα 4: Ολοκληρώστε το έργο

Όταν ολοκληρωθεί το κύκλωμα, θα πρέπει να μοιάζει με την παραπάνω εικόνα! Είστε τώρα έτοιμοι να συνδέσετε τα ηλεκτρόδια στο σώμα σας και να δείτε το ΗΚΓ σας! Μαζί με τον παλμογράφο, το ΗΚΓ μπορεί επίσης να εμφανιστεί στο Arduino.