ΗΚΓ και εικονική διεπαφή χρήστη καρδιακού ρυθμού: 9 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Για αυτό το διδακτικό, θα σας δείξουμε πώς να φτιάξετε ένα κύκλωμα για να δέχεστε τον καρδιακό σας παλμό και να το εμφανίζετε σε μια εικονική διεπαφή χρήστη (VUI) με μια γραφική έξοδο του καρδιακού παλμού σας και του καρδιακού ρυθμού σας. Αυτό απαιτεί έναν σχετικά απλό συνδυασμό στοιχείων κυκλώματος και του λογισμικού LabView για την ανάλυση και έξοδο των δεδομένων. Δεν πρόκειται για ιατρική συσκευή. Αυτό είναι για εκπαιδευτικούς σκοπούς μόνο χρησιμοποιώντας προσομοιωμένα σήματα. Εάν χρησιμοποιείτε αυτό το κύκλωμα για πραγματικές μετρήσεις ΗΚΓ, βεβαιωθείτε ότι το κύκλωμα και οι συνδέσεις κυκλώματος-οργάνου χρησιμοποιούν κατάλληλες τεχνικές απομόνωσης.

Υλικά

Κύκλωμα:

• Breadboard:
• Αντίσταση:
• Πυκνωτές:
• Op Amps:
• Σύρματα κυκλώματος (περιλαμβάνονται στον σύνδεσμο Breadboard)
• Κλιπ αλιγάτορα
• Χορδές μπανάνας
• Τροφοδοτικό Agilent E3631A DC
• Γεννήτρια λειτουργιών
• Παλμοσκόπιο

LabView:

• Λογισμικό LabView
• Πίνακας DAQ
• Σύρματα κυκλώματος
• Απομονωμένη αναλογική είσοδος
• Γεννήτρια συναρτήσεων

Βήμα 1: Καθορίστε ποια φίλτρα και ενισχυτές θα χρησιμοποιήσετε

Προκειμένου να αναπαρασταθεί ένα σήμα ΗΚΓ, σχεδιάστηκαν και εφαρμόστηκαν τρία διαφορετικά στάδια του κυκλώματος: ένας ενισχυτής οργάνων, ένα φίλτρο εγκοπής και ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης. Ο ενισχυτής οργάνων ενισχύει το σήμα καθώς όταν λαμβάνεται από ένα θέμα είναι συχνά πολύ μικρό και είναι δύσκολο να δει και να αναλυθεί. Το φίλτρο εγκοπής χρησιμοποιείται για την αφαίρεση θορύβου στα 60Hz επειδή ένα σήμα ΗΚΓ δεν περιέχει σήματα στα 60Hz. Τέλος, το φίλτρο χαμηλής διέλευσης αφαιρεί υψηλότερες συχνότητες για την απομάκρυνση του θορύβου από το σήμα και σε συνδυασμό με το φίλτρο εγκοπών επιτρέπει μόνο στις συχνότητες που αναπαρίστανται σε σήμα ΗΚΓ.

Βήμα 2: Δημιουργήστε ενισχυτή οργάνων και δοκιμάστε το

Ο ενισχυτής απαιτείται να έχει κέρδος 1000 V/V και όπως φαίνεται, ο ενισχυτής αποτελείται από δύο στάδια. Επομένως, το κέρδος πρέπει να κατανέμεται ομοιόμορφα μεταξύ των δύο σταδίων, με το Κ1 να είναι το κέρδος του πρώτου σταδίου και το Κ2 το κέρδος του δεύτερου σταδίου. Καθορίσαμε το Κ1 να είναι 40 και το Κ2 το 25. Αυτές είναι αποδεκτές τιμές λόγω του γεγονότος ότι όταν πολλαπλασιάζονται μαζί, αποκτάται κέρδος 1000 V/V, 40 x 25 = 1000, και είναι συγκρίσιμου ποσού, με διακύμανση 15 V/V. Χρησιμοποιώντας αυτές τις τιμές για το κέρδος, μπορούν στη συνέχεια να υπολογιστούν οι κατάλληλες αντιστάσεις. Για τους υπολογισμούς αυτούς χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες εξισώσεις:

Στάδιο 1 Κέρδος: K1 = 1 + 2R2R1 (1)

Στάδιο 2 Κέρδος: K2 = -R4R3 (2)

Επιλέξαμε αυθαίρετα μια τιμή R1, στην περίπτωση αυτή ήταν 1 kΩ, και στη συνέχεια λύθηκε στη συνέχεια για την τιμή του R2. Συνδέοντας αυτές τις προηγούμενες τιμές στην εξίσωση για το κέρδος του σταδίου 1, παίρνουμε:

40 = 1 + 2R2*1000⇒R2 = 19, 500 Ω

Είναι σημαντικό να διασφαλιστεί ότι κατά την επιλογή των αντιστάσεων, βρίσκονται στην περιοχή kOhm λόγω του κανόνα του αντίχειρα ότι όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση, τόσο περισσότερη ισχύς μπορεί να διασκορπιστεί με ασφάλεια χωρίς να υποστεί ζημιά. Εάν η αντίσταση είναι πολύ μικρή και υπάρχει πολύ μεγάλο ρεύμα, θα προκληθεί ζημιά στην αντίσταση και επιπλέον το ίδιο το κύκλωμα δεν θα μπορεί να λειτουργήσει. Ακολουθώντας το ίδιο πρωτόκολλο για το στάδιο 2, επιλέξαμε αυθαίρετα μια τιμή R3, 1 kΩ και στη συνέχεια λύσαμε για το R4. Συνδέοντας τις προηγούμενες τιμές στην εξίσωση για το κέρδος του σταδίου 2, παίρνουμε: 25 = -R4*1000 ⇒R4 = 25000 Ω

Το αρνητικό πρόσημο απορρίπτεται καθώς οι αντιστάσεις δεν μπορούν να είναι αρνητικές. Μόλις έχετε αυτές τις τιμές, δημιουργήστε το παρακάτω κύκλωμα στην εικόνα. Τότε δοκίμασέ το!

Το τροφοδοτικό DC Agilent E3631A τροφοδοτεί τους λειτουργικούς ενισχυτές με έξοδο +15 V και -15 V που πηγαίνουν στους ακροδέκτες 4 και 7. Ρυθμίστε τη γεννήτρια λειτουργιών να εξάγει μια Καρδιακή Κυματομορφή με συχνότητα 1 kHz, Vpp 12,7 mV, και μια μετατόπιση 0 V. Αυτή η είσοδος πρέπει να είναι στην ακίδα 3 των λειτουργικών ενισχυτών στο πρώτο στάδιο του κυκλώματος. Η έξοδος του ενισχυτή, που προέρχεται από τον πείρο 6 του λειτουργικού ενισχυτή του δεύτερου σταδίου, εμφανίζεται στο κανάλι 1 του παλμογράφου και η μέτρηση και καταγραφή της τάσης κορυφής σε κορυφή. Προκειμένου να διασφαλιστεί ότι ο ενισχυτής οργάνων έχει κέρδος τουλάχιστον 1000 V/V, η τάση κορυφής-κορυφής τάσης πρέπει να είναι τουλάχιστον 12,7 V.

Βήμα 3: Δημιουργήστε φίλτρο εγκοπών και δοκιμάστε το

Το φίλτρο εγκοπής απαιτείται για την απομάκρυνση θορύβου 60 Hz από το βιο σήμα. Εκτός από αυτήν την απαίτηση, επειδή αυτό το φίλτρο δεν χρειάζεται να περιλαμβάνει περαιτέρω ενίσχυση, ο συντελεστής ποιότητας ορίζεται στο 1. Όπως και με τον ενισχυτή οργάνων, καθορίσαμε πρώτα τις τιμές για R1, R2, R3 και C χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο σχεδιασμό εξισώσεις για ένα φίλτρο εγκοπών: R1 = 1/(2Q⍵0C)

R2 = 2Q/(⍵0C)

R3 = R1R/(2R1 + R2)

Q = ⍵0/β

β = ⍵c2 -⍵c1

Όπου Q = συντελεστής ποιότητας

0 = 2πf0 = κεντρική συχνότητα σε rad/sec

f0 = κεντρική συχνότητα σε Hz

β = εύρος ζώνης σε rad/sec

⍵c1, ⍵c2 = συχνότητες διακοπής (rad/sec)

Επιλέξαμε αυθαίρετα μια τιμή C, σε αυτή την περίπτωση ήταν 0,15 μF, και στη συνέχεια λύθηκε στη συνέχεια για την τιμή του R1. Συνδέοντας τις προηγούμενες τιμές που αναφέρονται στον συντελεστή ποιότητας, τη συχνότητα του κέντρου και την χωρητικότητα, παίρνουμε:

R1 = 1/(2 (1) (2π60) (0.15x10-6)) = 1105.25 Ω

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω κατά τη συζήτηση του σχεδιασμού του ενισχυτή οργάνων, είναι ακόμα σημαντικό να βεβαιωθείτε ότι όταν επιλύετε για τις αντιστάσεις ότι βρίσκονται στην περιοχή kOhm, ώστε να μην προκληθεί ζημιά στο κύκλωμα. Εάν κατά την επίλυση των αντιστάσεων, κάποιος είναι πολύ μικρός, θα πρέπει να αλλάξει μια τιμή, όπως η χωρητικότητα, για να διασφαλιστεί ότι αυτό δεν συμβαίνει. Ομοίως με την επίλυση της εξίσωσης για R1, R2 και R3 μπορεί να λυθεί:

R2 = 2 (1)/[(2π60) (0,15x10-6)] = 289,9 kΩ

R3 = (1105.25) (289.9x103)/[(1105.25) + (289.9x103)] = 1095.84 Ω

Επιπλέον, λύστε το εύρος ζώνης για να το έχετε ως θεωρητική τιμή για σύγκριση με την πειραματική τιμή αργότερα:

1 = (2π60)/β⇒β = 47,12 rad/sec

Μόλις γνωρίζετε τις τιμές αντίστασης δημιουργούν κύκλωμα στο breadboard.

Μόνο αυτό το στάδιο του κυκλώματος πρέπει να δοκιμαστεί σε αυτό το σημείο, επομένως δεν πρέπει να συνδεθεί με τον ενισχυτή οργάνων. Το τροφοδοτικό DC Agilent E3631A χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία του λειτουργικού ενισχυτή με έξοδο +15 V και -15 V που πηγαίνει στους ακροδέκτες 4 και 7. Η γεννήτρια λειτουργίας έχει ρυθμιστεί να εξάγει ημιτονοειδή κυματομορφή με αρχική συχνότητα 10 Hz, a Vpp 1 V και αντιστάθμιση 0 V. Η θετική είσοδος πρέπει να συνδεθεί με το R1 και η αρνητική είσοδος πρέπει να συνδεθεί με τη γείωση. Η είσοδος πρέπει επίσης να συνδεθεί στο κανάλι 1 του παλμογράφου. Η έξοδος του φίλτρου εγκοπής, που προέρχεται από τον πείρο 6 του λειτουργικού ενισχυτή εμφανίζεται στο κανάλι 2 του παλμογράφου. Μια σάρωση AC μετράται και καταγράφεται μεταβάλλοντας τη συχνότητα από 10 Hz σε 100 Hz. Η συχνότητα μπορεί να αυξηθεί κατά βήματα των 10 Hz έως ότου φτάσει τη συχνότητα των 50. Στη συνέχεια, αυξήσεις των 2 Hz χρησιμοποιούνται έως τα 59 Hz. Μόλις επιτευχθούν 59 Hz, πρέπει να ληφθούν προσαυξήσεις 0,1 Hz. Στη συνέχεια, μετά την επίτευξη των 60 Hz, οι αυξήσεις μπορούν να αυξηθούν για άλλη μια φορά. Ο λόγος Vout/Vin και η γωνία φάσης πρέπει να καταγραφούν. Εάν ο λόγος Vout/Vin δεν είναι μικρότερος ή ίσος με -20 dB στα 60 Hz, οι τιμές αντίστασης πρέπει να τροποποιηθούν για να διασφαλιστεί αυτή η αναλογία. Στη συνέχεια κατασκευάζεται ένα διάγραμμα απόκρισης συχνότητας και ένα διάγραμμα απόκρισης φάσης από αυτά τα δεδομένα. Η απόκριση συχνότητας πρέπει να μοιάζει με αυτή στο γράφημα, το οποίο αποδεικνύει ότι οι συχνότητες γύρω στα 60Hz αφαιρούνται, αυτό είναι που θέλετε!

Βήμα 4: Δημιουργήστε φίλτρο χαμηλής διέλευσης και δοκιμάστε το

Η συχνότητα διακοπής του φίλτρου χαμηλής διέλευσης προσδιορίζεται ως 150 Hz. Αυτή η τιμή επιλέχθηκε επειδή θέλετε να διατηρήσετε όλες τις συχνότητες που υπάρχουν στο ΗΚΓ ενώ αφαιρείτε τον υπερβολικό θόρυβο, που βρίσκεται ειδικά σε υψηλότερες συχνότητες. Η συχνότητα του κύματος Τ βρίσκεται στην περιοχή από 0-10 Hz, το κύμα P στην περιοχή από 5-30 Hz και το σύμπλεγμα QRS στην περιοχή 8-50 Hz. Ωστόσο, η ανώμαλη κοιλιακή αγωγή χαρακτηρίζεται από υψηλότερες συχνότητες, τυπικά πάνω από 70 Hz. Ως εκ τούτου, τα 150 Hz επιλέχθηκαν ως συχνότητα διακοπής προκειμένου να διασφαλιστεί ότι μπορούμε να καταγράψουμε όλες τις συχνότητες, ακόμη και τις υψηλότερες συχνότητες, ενώ κόβουμε θόρυβο υψηλής συχνότητας. Εκτός από τη συχνότητα διακοπής των 150 Hz, ο συντελεστής ποιότητας, K, ορίζεται σε 1, επειδή δεν απαιτείται περαιτέρω ενίσχυση. Καθορίσαμε αρχικά τις τιμές για R1, R2, R3, R4, C1 και C2 χρησιμοποιώντας τις ακόλουθες εξισώσεις σχεδιασμού για ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης:

R1 = 2/[⍵c [aC2 + sqrt ([a^2 + 4b (K -1)] C2^2 - 4bC1C2)]

R2 = 1/[bC1C2R1⍵c^2]

R3 = K (R1+ R2)/(K -1) όταν K> 1

R4 = K (R1+R2)

C2 περίπου 10/fc uF

C1 <C2 [a2 + 4b (K -1)] 4b

Όπου Κ = κέρδος

⍵c = συχνότητα διακοπής (rad/sec)

fc = συχνότητα διακοπής (Hz)

α = συντελεστής φίλτρου = 1,414214

b = συντελεστής φίλτρου = 1

Επειδή το κέρδος είναι 1, το R3 αντικαθίσταται από ένα ανοιχτό κύκλωμα και το R4 αντικαθίσταται από ένα βραχυκύκλωμα που το καθιστά οπαδός τάσης. Επομένως, αυτές οι τιμές δεν χρειάζεται να λυθούν. Αρχικά λύσαμε την τιμή του C2. Συνδέοντας τις προηγούμενες τιμές σε αυτήν την εξίσωση, παίρνουμε:

C2 = 10/150 uF = 0,047 uF

Στη συνέχεια, το C1 μπορεί να λυθεί χρησιμοποιώντας την τιμή του C2.

C1 <(0.047x10^-6) [1.414214^2 + 4 (1) (1 -1)]/4 (1)

C1 <0,024 uF = 0,022 uF

Μόλις επιλυθούν οι τιμές χωρητικότητας, τα R1 και R2 μπορούν να υπολογιστούν ως εξής:

R1 = 2 (2π150) [(1.414214) (0.047x10-6) + ([1.4142142 + 4 (1) (1 -1)] 0.047x10-6) 2-4 (1) (0.022x10-6) (0.047 x10-6))] R1 = 25486,92 Ω

R2 = 1 (1) (0.022x10-6) (0.047x10-6) (25486.92) (2π150) 2 = 42718.89 Ω

Με τις σωστές αντιστάσεις χτίστε το κύκλωμα που φαίνεται στο διάγραμμα κυκλώματος.

Αυτό είναι το τελευταίο στάδιο του συνολικού σχεδιασμού και θα πρέπει να χτιστεί στην πλάκα ψωμιού ακριβώς στα αριστερά του φίλτρου εγκοπής με την έξοδο του φίλτρου εγκοπής και την τάση εισόδου για το φίλτρο χαμηλής διέλευσης. Αυτό το κύκλωμα πρόκειται να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας τον ίδιο πίνακα ψωμιού όπως προηγουμένως, με τις σωστά υπολογισμένες αντιστάσεις και χωρητικότητες και έναν λειτουργικό ενισχυτή. Μόλις δημιουργηθεί το κύκλωμα χρησιμοποιώντας το διάγραμμα κυκλώματος στο σχήμα 3, δοκιμάζεται. Μόνο αυτό το στάδιο πρόκειται να δοκιμαστεί σε αυτό το σημείο, επομένως δεν πρέπει να συνδεθεί ούτε με τον ενισχυτή οργάνων ούτε με το φίλτρο εγκοπών. Επομένως, το Agilent E3631A DC Power Supply χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία του λειτουργικού ενισχυτή με έξοδο +15 και -15 V που πηγαίνει στους ακροδέκτες 4 και 7. Η γεννήτρια λειτουργίας έχει ρυθμιστεί να εξάγει μια ημιτονοειδή κυματομορφή με αρχική συχνότητα 10 Hz, a Vpp 1 V και μετατόπιση 0 V. Η θετική είσοδος πρέπει να συνδεθεί με το R1 και η αρνητική είσοδος πρέπει να συνδεθεί με τη γείωση. Η είσοδος πρέπει επίσης να συνδεθεί στο κανάλι 1 του παλμογράφου. Η έξοδος του φίλτρου εγκοπής, που προέρχεται από τον πείρο 6 του λειτουργικού ενισχυτή εμφανίζεται στο κανάλι 2 του παλμογράφου. Μια σάρωση AC μετράται και καταγράφεται μεταβάλλοντας τη συχνότητα από 10 Hz σε 300 Hz. Η συχνότητα μπορεί να αυξηθεί κατά 10 Hz μέχρι να φτάσει τη συχνότητα διακοπής των 150 Hz. Στη συνέχεια, η συχνότητα πρέπει να αυξηθεί κατά 5 Hz μέχρι να φτάσει τα 250 Hz. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν υψηλότερες προσαυξήσεις των 10 Hz για να τελειώσουν τη σάρωση. Καταγράφεται ο λόγος Vout/Vin και η γωνία φάσης. Εάν η συχνότητα διακοπής δεν είναι 150 Hz, τότε οι τιμές αντίστασης πρέπει να αλλάξουν για να διασφαλιστεί ότι αυτή η τιμή είναι στην πραγματικότητα η συχνότητα διακοπής. Το διάγραμμα απόκρισης συχνότητας πρέπει να μοιάζει με την εικόνα όπου μπορείτε να δείτε ότι η συχνότητα διακοπής είναι περίπου 150Hz.

Βήμα 5: Συνδυάστε και τα 3 εξαρτήματα και προσομοιώστε το ηλεκτροκαρδιογράφημα (ΗΚΓ)

Συνδέστε και τα τρία στάδια προσθέτοντας ένα καλώδιο μεταξύ του τελευταίου στοιχείου κυκλώματος του προηγούμενου εξαρτήματος στην αρχή του επόμενου εξαρτήματος. Το πλήρες κύκλωμα φαίνεται στο διάγραμμα.

Χρησιμοποιώντας τη γεννήτρια λειτουργιών, προσομοιώστε ένα άλλο σήμα ΗΚΓ με Αν τα εξαρτήματα κατασκευάστηκαν και συνδέθηκαν με επιτυχία, η έξοδός σας στον παλμογράφο θα πρέπει να μοιάζει με αυτήν στην εικόνα.

Βήμα 6: Ρύθμιση του πίνακα DAQ

Πάνω από τον πίνακα DAQ φαίνεται. Συνδέστε το στο πίσω μέρος του υπολογιστή για να το ενεργοποιήσετε και τοποθετήστε την Απομονωμένη Αναλογική Είσοδο στο κανάλι 8 της πλακέτας (ACH 0/8). Εισάγετε δύο σύρματα στις οπές με την ένδειξη «1» και «2» της απομονωμένης αναλογικής εισόδου. Ρυθμίστε τη γεννήτρια λειτουργιών για έξοδο σήματος ΗΚΓ 1Hz με Vpp 500mV και μετατόπιση 0V. Συνδέστε την έξοδο της γεννήτριας λειτουργίας με τα καλώδια που είναι τοποθετημένα στην Απομονωμένη αναλογική είσοδο.

Βήμα 7: Ανοίξτε το LabView, δημιουργήστε ένα νέο έργο και ρυθμίστε τον Βοηθό DAQ

Ανοίξτε το λογισμικό LabView και δημιουργήστε ένα νέο έργο και ανοίξτε ένα νέο VI κάτω από το αναπτυσσόμενο μενού αρχείου. Κάντε δεξί κλικ στη σελίδα για να ανοίξετε ένα παράθυρο συστατικού. Αναζητήστε το "DAQ Assistant Input" και σύρετέ το στην οθόνη. Αυτό θα τραβήξει αυτόματα το πρώτο παράθυρο.

Επιλέξτε Απόκτηση σημάτων> Αναλογική είσοδος> Τάση. Αυτό θα ανοίξει το δεύτερο παράθυρο.

Επιλέξτε ai8 επειδή τοποθετήσατε την Απομονωμένη αναλογική είσοδο στο κανάλι 8. Επιλέξτε Τέλος για να ανοίξετε το τελευταίο παράθυρο.

Αλλάξτε τη λειτουργία απόκτησης σε συνεχή δείγματα, τα δείγματα προς ανάγνωση σε 2k και το ρυθμό σε 1kHz. Στη συνέχεια, επιλέξτε Εκτέλεση στο επάνω μέρος του παραθύρου σας και θα εμφανιστεί μια έξοδος όπως αυτή που φαίνεται παραπάνω. Εάν το σήμα ΗΚΓ είναι ανεστραμμένο, απλώς αλλάξτε τις συνδέσεις από τη γεννήτρια λειτουργιών στην πλακέτα DAQ. Αυτό δείχνει ότι αποκτάτε επιτυχώς σήμα ΗΚΓ! (Ναι!) Τώρα πρέπει να το κωδικοποιήσεις για να το αναλύσεις!

Βήμα 8: Κωδικός LabView για την ανάλυση στοιχείων του σήματος ΗΚΓ και τον υπολογισμό του καρδιακού παλμού

Χρησιμοποιήστε τα σύμβολα στην εικόνα στο LabView

Έχετε ήδη τοποθετήσει τον Βοηθό DAQ. Ο βοηθός DAQ λαμβάνει το σήμα εισόδου, το οποίο είναι ένα σήμα αναλογικής τάσης, είτε προσομοιώνεται από μια γεννήτρια λειτουργιών είτε λαμβάνεται απευθείας από ένα άτομο συνδεδεμένο σε κατάλληλα τοποθετημένα ηλεκτρόδια. Στη συνέχεια παίρνει αυτό το σήμα και το τρέχει μέσω ενός μετατροπέα A/D με συνεχή δειγματοληψία και παραμέτρους 2000 δειγμάτων προς ανάγνωση, ρυθμό δειγματοληψίας 1 kHz και τιμές μέγιστης και ελάχιστης τάσης 10V και -10V αντίστοιχα. Αυτό το αποκτηθέν σήμα στη συνέχεια εξάγεται σε ένα γράφημα έτσι ώστε να είναι ορατό. Παίρνει επίσης αυτήν τη μετατρεπόμενη κυματομορφή και προσθέτει 5, για να διασφαλίσει ότι αντιπροσωπεύει μια αρνητική μετατόπιση και στη συνέχεια πολλαπλασιάζεται με 200 για να κάνει τις κορυφές πιο ευδιάκριτες, μεγαλύτερες και ευκολότερες στην ανάλυση. Στη συνέχεια, καθορίζει τη μέγιστη και την ελάχιστη τιμή της κυματομορφής εντός του δεδομένου παραθύρου των 2,5 δευτερολέπτων μέσω του τελεστέου max/min. Η μέγιστη τιμή που υπολογίζεται πρέπει να πολλαπλασιαστεί με ένα ποσοστό που μπορεί να αλλάξει αλλά είναι συνήθως 90% (0,9). Αυτή η τιμή στη συνέχεια προστίθεται στην ελάχιστη τιμή και αποστέλλεται στον τελεστή ανίχνευσης κορυφής ως κατώφλι. Ως αποτέλεσμα, κάθε σημείο του γραφήματος κυματομορφής που υπερβαίνει αυτό το όριο ορίζεται ως κορυφή και αποθηκεύεται ως συστοιχία κορυφών στον χειριστή ανιχνευτή αιχμής. Αυτή η σειρά κορυφών αποστέλλεται στη συνέχεια σε δύο διαφορετικές συναρτήσεις. Μία από αυτές τις συναρτήσεις λαμβάνει τόσο τον πίνακα αιχμής όσο και την έξοδο κυματομορφής από τον τελεστή μέγιστης τιμής. Μέσα σε αυτήν τη συνάρτηση, dt, αυτές οι δύο είσοδοι μετατρέπονται σε χρονική τιμή για κάθε μία από τις κορυφές. Η δεύτερη συνάρτηση αποτελείται από δύο τελεστές ευρετηρίου που λαμβάνουν τις εξόδους θέσης της συνάρτησης ανίχνευσης κορυφής και τις ευρετηριάζουν ξεχωριστά για να λάβουν τις θέσεις της 0ης κορυφής και της 1ης κορυφής. Η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο θέσεων υπολογίζεται από το μείον τελεστή και στη συνέχεια πολλαπλασιάζεται με τις τιμές χρόνου που λαμβάνονται από τη συνάρτηση dt. Αυτό εξάγει την περίοδο ή το χρόνο μεταξύ δύο κορυφών σε δευτερόλεπτα. Εξ ορισμού, 60 διαιρούμενα με την περίοδο δίνουν BPM. Αυτή η τιμή στη συνέχεια εκτελείται μέσω ενός απόλυτου τελεστή για να βεβαιωθείτε ότι η έξοδος είναι πάντα θετική και στη συνέχεια στρογγυλοποιείται στον πλησιέστερο ακέραιο αριθμό. Αυτό είναι το τελευταίο βήμα στον υπολογισμό και τελικά την έξοδο του καρδιακού ρυθμού στην ίδια οθόνη με την έξοδο κυματομορφής. Στο τέλος αυτό είναι το μπλοκ διάγραμμα που πρέπει να μοιάζει με την πρώτη εικόνα.

Αφού ολοκληρώσετε το μπλοκ διάγραμμα, εάν εκτελέσετε το πρόγραμμα θα πρέπει να έχετε την έξοδο που απεικονίζεται.

Βήμα 9: Συνδυάστε το κύκλωμα και τα εξαρτήματα LabView και συνδεθείτε με ένα πραγματικό πρόσωπο

Τώρα για το διασκεδαστικό κομμάτι! Συνδυάζοντας το όμορφο κύκλωμά σας και το πρόγραμμα LabView για να αποκτήσετε ένα πραγματικό ΗΚΓ και να υπολογίσετε τον καρδιακό ρυθμό του. Προκειμένου να τροποποιηθεί το κύκλωμα ώστε να συμμορφώνεται με έναν άνθρωπο και να παράγει ένα βιώσιμο σήμα, το κέρδος του ενισχυτή οργάνων πρέπει να μειωθεί σε κέρδος 100. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι όταν συνδέεται με ένα άτομο, υπάρχει μια αντιστάθμιση που τότε κορεσμό του λειτουργικού ενισχυτή. Μειώνοντας το κέρδος, αυτό θα μειώσει αυτό το ζήτημα. Πρώτον, το κέρδος του πρώτου σταδίου του ενισχυτή οργάνων μεταβάλλεται σε κέρδος 4, έτσι ώστε το συνολικό κέρδος να είναι 100. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας την εξίσωση 1, το R2 είναι 19,5 kΩ και το R1 βρίσκεται ως εξής:

4 = 1 + 2 (19, 500) R1⇒R1 = 13 kΩ Στη συνέχεια, ο ενισχυτής οργάνων τροποποιείται αλλάζοντας την αντίσταση R1 σε 13 kΩ, όπως φαίνεται στο βήμα 2 στον προηγουμένως κατασκευασμένο πίνακα ψωμιού. Ολόκληρο το κύκλωμα είναι συνδεδεμένο και το κύκλωμα μπορεί να δοκιμαστεί χρησιμοποιώντας το LabView. Το τροφοδοτικό DC Agilent E3631A τροφοδοτεί τους λειτουργικούς ενισχυτές με έξοδο +15 V και -15 V που πηγαίνουν στις ακίδες 4 και 7. Τα ηλεκτρόδια ΗΚΓ συνδέονται με το θέμα με το θετικό μόλυβδο (G1) να πηγαίνει στον αριστερό αστράγαλο, αρνητικό μόλυβδο (G2) που πηγαίνει στον δεξιό καρπό και το έδαφος (COM) πηγαίνει στον δεξιό αστράγαλο. Η ανθρώπινη είσοδος πρέπει να είναι στην ακίδα 3 των λειτουργικών ενισχυτών στο πρώτο στάδιο του κυκλώματος με το θετικό καλώδιο να συνδέεται με τον πείρο 3 του πρώτου λειτουργικού ενισχυτή και το αρνητικό καλώδιο να συνδέεται με τον πείρο 3 του δεύτερου λειτουργικού ενισχυτή. Το έδαφος συνδέεται με το έδαφος της σανίδας. Η έξοδος του ενισχυτή, που προέρχεται από τον πείρο 6 του φίλτρου χαμηλής διέλευσης, είναι προσαρτημένη στην πλακέτα DAQ. Βεβαιωθείτε ότι είστε πολύ ακίνητοι και αθόρυβοι και θα πρέπει να έχετε μια έξοδο στο LabView που μοιάζει με αυτή της εικόνας.

Αυτό το σήμα είναι προφανώς πολύ πιο θορυβώδες από το τέλειο σήμα που προσομοιώνεται από τη γεννήτρια λειτουργιών. Ως αποτέλεσμα, ο καρδιακός σας ρυθμός θα πηδήξει πολύ, αλλά θα πρέπει να κυμαίνεται με εύρος 60-90 BPM. Και εκεί το έχετε! Ένας διασκεδαστικός τρόπος μέτρησης των δικών μας καρδιακών παλμών δημιουργώντας ένα κύκλωμα και κωδικοποιώντας κάποιο λογισμικό!