Elektrokardiogramkrets: 4 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:42

Hej! Detta är skrivet av två studenter som för närvarande studerar biomedicinsk teknik och går en kretslektion. Vi har skapat ett EKG och vi är mycket glada över att kunna dela det med dig.

Tillbehör

De grundläggande förnödenheterna som kommer att behövas för detta projekt inkluderar:

- brödbräda

- motstånd

- kondensatorer

- operationsförstärkare (LM741)

- elektroder

Du behöver också listad elektronisk utrustning:

- DC -strömförsörjning

- Funktionsgenerator

- Oscilloskop

Steg 1: Differentialförstärkare

Varför är det nödvändigt?

Differentialförstärkaren används för att förstärka signalen och för att minska bruset som kan uppstå mellan elektroderna. Bullret reduceras genom att ta skillnaden i spänning från de två elektroderna. För att bestämma de nödvändiga motståndsvärdena bestämde vi oss för att förstärkaren skulle skapa en förstärkning på 1000.

Hur är det byggt?

För att uppnå detta användes förstärkningsekvationen för en differentialförstärkare, matematiken finns i den bifogade bilden. Vid beräkningen visade det sig att motståndsvärdena skulle vara 100Ω och 50kΩ. Men eftersom vi inte hade ett 50 kΩ motstånd använde vi 47 kΩ. Uppställningen av differentialförstärkaren för både LTSpice och brödbrädan kan ses på det bifogade fotot. Differentialförstärkaren kräver en brödbräda för att ansluta den till, 1 x 100Ω motstånd, 6 x 47kΩ motstånd, 3 LM741 driftförstärkare och gott om bygelkablar.

Hur testar man det?

När du testar i LTSpice och på den fysiska enheten vill du se till att den ger en vinst på 1000. Detta görs genom att använda förstärkningsekvationen för förstärkning = Vout/ Vin. Vout är topp till topp -produktionen och Vin är toppen till topp -input. Till exempel, för att testa på funktionsgeneratorn, skulle jag mata in 10 mV topp-till-topp i kretsen, så jag borde få en effekt på 10V.

Steg 2: Hakfilter

Varför är det nödvändigt?

Ett hackfilter skapas för att eliminera brus. Eftersom de flesta byggnader har 60 Hz växelström som skulle skapa brus i kretsen, bestämde vi oss för att göra ett hackfilter som dämpar signalen vid 60 Hz.

Hur bygger man det?

Hakfilterdesignen är baserad på bilden ovan. Ekvationerna för att beräkna värdena för motstånden och kondensatorerna är också listade ovan. Vi bestämde oss för att använda en frekvens på 60 Hz och 0,1 uF kondensatorer eftersom det är ett kondensatorvärde som vi hade. När vi beräknade ekvationerna fann vi att R1 & R2 var lika med 37, 549 kΩ och värdet för R3 är 9021,19 Ω. För att kunna skapa dessa värden på vårt kretskort använde vi 39 kΩ för R1 och R2 och 9,1 kΩ för R3. Sammantaget kräver hackfilter 1 x 9,1 kΩ motstånd, 2 x 39 kΩ motstånd, 3 x 0,1 uF kondensator, 1 LM741 driftförstärkare och massor av bygelkablar. Schemat för installationen av hackfilter för både LTSpice och brödbrädan i bilden ovan.

Hur testar man det?

Funktionen hos hackfiltret kan testas genom att göra ett AC -svep. Alla frekvenser bör passera genom filtret förutom 60 Hz. Detta kan testas på både LTSpice och den fysiska kretsen

Steg 3: Lågpassfilter

Varför är det nödvändigt?

Ett lågpassfilter behövs för att minska bullret från din kropp och rummet som omger oss. När man bestämde avstängningsfrekvensen för lågpassfiltret var det viktigt att tänka på att ett hjärtslag inträffar från 1 Hz- 3 Hz och vågformerna som utgör EKG är nära 1- 50 Hz.

Hur bygger man det?

Vi bestämde oss för att göra avstängningsfrekvensen 60 Hz så att vi fortfarande kunde få alla användbara signaler men också stänga av den onödiga signalen. När vi bestämde avstängningsfrekvensen skulle vara 70 Hz, bestämde vi oss för att välja kondensatorns värde på 0.15uF eftersom det är ett vi hade i vårt kit. Beräkningen för kondensatorns värde kan ses på bilden. Resultatet av beräkningen var ett motståndsvärde på 17.638 kΩ. Vi valde att använda ett 18 kΩ motstånd. Lågpassfiltret kräver 2 x 18kΩ motstånd, 2x0.15 uF kondensator, 1 LM741 driftförstärkare och gott om bygelkablar. Schemat över lågpassfiltret för både LTSpice och fysiska kretsar finns i bilden.

Hur testar man det?

Lågpassfiltret kan testas med ett AC-svep på både LTSpice och fysisk krets. När du kör AC -svepet bör du se att frekvenserna nedan för avstängning är oförändrade, men frekvenserna ovanför avstängningen börjar filtreras bort.

Steg 4: Slutför projektet

När kretsen är klar ska den se ut som bilden ovan! Du är nu redo att fästa elektroderna på din kropp och se ditt EKG! Tillsammans med oscilloskopet kan EKG också visas på Arduino.