EKG davri (PSpice, LabVIEW, Breadboard): 3 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:28

Eslatma: Bu tibbiy asbob emas. Bu faqat simulyatsiya qilingan signallardan foydalangan holda ta'lim maqsadlari uchun. Agar bu sxemani haqiqiy EKG o'lchovlari uchun ishlatayotgan bo'lsangiz, iltimos, kontaktlarning zanglashiga olib kelishini va kontaktlarning zanglashiga olib kelishi uchun to'g'ri izolyatsiya usullaridan foydalanilganligiga ishonch hosil qiling

Bu ko'rsatma EKG signallarini qabul qiladigan, filtrlaydigan va kuchaytiradigan kontaktlarning zanglashiga olib keladigan simulyatsiya qilish, qurish va sinovdan o'tkazish yo'lidir. Ushbu ko'rsatmalarni to'liq bajarish uchun sizga sxemalar haqida oddiy bilim va oz sonli asboblar kerak bo'ladi.

Elektrokardiografiya (EKG yoki EKG)-bu yurakning elektr faolligini qayd etuvchi, bemorning yurak holati to'g'risida ma'lumot olish uchun ishlatiladigan og'riqsiz, invaziv bo'lmagan test. EKG ko'rsatkichini muvaffaqiyatli simulyatsiya qilish uchun kirish yurak signallarini kuchaytirish (asboblar kuchaytirgichi) va filtrlash (kesish va past o'tish filtrlari) kerak. Ushbu komponentlar jismoniy va elektron simulyatorda yaratilgan. Har bir komponent signalni to'g'ri kuchaytirishi yoki filtrlashiga ishonch hosil qilish uchun PSpice yordamida va eksperimental ravishda o'zgaruvchan tokni tozalash mumkin. Har bir komponentni muvaffaqiyatli sinab ko'rgandan so'ng, yurak signalini asboblar kuchaytirgichi, chiziqli filtr va past o'tish filtridan iborat tugallangan zanjir orqali kiritish mumkin. Shundan so'ng, inson EKG signalini EKG va LabVIEW orqali kiritish mumkin. Simulyatsiya qilingan to'lqin shakli va odamning yurak signallari kirish signalining daqiqadagi zarbalarini (BPM) hisoblash uchun LabVIEW orqali o'tkazilishi mumkin. Umuman olganda, kirish yurak signallari va odam signallari muvaffaqiyatli kuchaytirilishi va filtrlanishi, asboblar kuchaytirgichi, chiziqli filtri va past o'tkazgichli filtr sxemasini loyihalash, o'zgartirish va sinash uchun elektron ko'nikmalaridan foydalangan holda EKGni simulyatsiya qilishi kerak.

1 -qadam: O'chirish davrini kompyuterda taqlid qilish

Biz yaratadigan sxemani taqlid qilish uchun sizda mavjud bo'lgan har qanday dasturiy ta'minotdan foydalanishingiz mumkin. Men PSpice -dan foydalandim, shuning uchun men tafsilotlarni tushuntiraman, lekin komponentlar qiymatlari (rezistorlar, kondansatkichlar va boshqalar) va asosiy yo'llar bir xil, shuning uchun boshqa narsani ishlatishdan xursand bo'ling (masalan, circuitlab.com).

Komponent qiymatlarini hisoblash:

1. Birinchidan, asbob kuchaytirgichining qiymatlarini aniqlash (rasmga qarang). Rasmdagi qiymatlar 1000 ga yaqin daromad olish yo'li bilan aniqlandi. Bu shuni anglatadiki, siz ushbu kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kirish voltajidan qat'i nazar, bu qiymatni "kuchaytiradi". Misol uchun, agar siz men kabi 1V ni taqdim qilsangiz, chiqish 1000V bo'lishi kerak. Ushbu asbob kuchaytirgichining ikkita qismi bor, shuning uchun daromad K1 va K2 sifatida qayd etilgan. Kiritilgan rasmga qarang, biz yutuqlar yaqin bo'lishini xohlaymiz (shuning uchun rasmdagi 2 -tenglama), rasmdagi 2 va 3 -tenglamalar tugunli tahlil bilan topiladi, so'ng rezistor qiymatlarini hisoblash mumkin (rasmga qarang).
2. Chiziqli filtr uchun rezistor qiymatlari sifat omilini Q 8 ga o'rnatish orqali aniqlandi va bizda 0,022uF kondansatkichlar ko'pligini bilganimiz sababli, biz bu ikki shartdan foydalanib hisob -kitoblarda oldinga siljdik. Qiymatlarni hisoblash uchun 5-10 tenglamali rasmga qarang. Yoki R1 = 753.575Ω, R2 = 192195Ω, R3 = 750.643Ω dan foydalaning, biz shunday qildik!
3. Past o'tkazgichli filtr - bu ma'lum bir chastotadan yuqori bo'lgan shovqinlarni olib tashlash, biz EKG uchun 250 Gts chastotali kesish chastotasini ishlatish yaxshi ekanligini aniqladik. Ushbu chastota va 11-15 tenglamalardan (rasmga qarang) past o'tish filtringiz uchun qarshilik qiymatlarini hisoblang. K = 1. daromad olish uchun R3ni ochiq zanjir va R4ni qisqa tutashuv sifatida ko'rib chiqing. Biz R1 = 15, 300 ohm, R2 = 25, 600 ohm, C1 = 0,022 uF, C2 = 0,047 uF ni hisobladik.

PSpice -da oching va yarating:

Bu qiymatlarning barchasi bilan PSpice -ni ishga tushiring - "OrCAD Capture CIS" -ni oching, agar Cadence Project Choices tanlovi ochilsa, "Allegro PCB Design CIS L" -ni tanlang, faylni -> yangi loyihani oching, unga aqlli nom kiriting, loyiha yaratish -ni tanlang. analog yoki aralash A/D -dan foydalanib, "bo'sh loyihani yaratish" -ni tanlang, loyihangizning fayllarini tashkil qilish uchun rasmga qarang, har bir sahifada siz o'z qismingizni qurish uchun komponentlarni (rezistorlar, kondansatkichlar va hk) yig'asiz. siz xohlagan sxema. Har bir sahifada siz yuqori qismidagi asboblar panelidagi bir qismini bosasiz va rezistorlar, kondansatörler, operatsion kuchaytirgichlar va quvvat manbalarini qidiradigan qismlar ro'yxatini ochasiz. Shuningdek, ochiladigan joydan siz ishlatishingiz kerak bo'lgan er va simni topasiz. Endi har bir sahifangizni hisoblangan qiymatlardan foydalanib, rasmlarda ko'rsatilgan tarzda yarating.

Filtrlash va kuchaytirish siz kutganingizdek amalga oshishini ta'minlash uchun AC Sweep dasturini ishga tushiring

Men ularni simulyatsiya qilish uchun ikkita raqam qo'shdim. 60 Gts chastotada kesish va yuqori chastotalarni filtrlashiga e'tibor bering. Chiziq ranglari va izli ifodalarga e'tibor bering, men ham butun sxemani birga yugurdim, shunda siz nimani kutish kerakligi haqida tasavvurga ega bo'lishingiz kerak!

O'tkazish uchun PSpice -ni tanlang, PSpice -ni, Yangi simulyatsiya profilini bosing, AC -ni tozalash -ga o'ting va boshlash, to'xtatish va o'sish qiymatlari uchun kerakli chastotalarni o'rnating. PSpice menyusi ostida men shuningdek, markerlar, kengaytirilgan va tanlangan kuchlanish dB ni tanladim va markerni chiqishni o'lchashni xohlagan joyimga qo'ydim, bu keyinchalik yordam beradi, shuning uchun siz izni o'zgartirishni qo'lda qo'shishingiz shart emas. Keyin yana PSpice menyusiga o'ting va Ishga tushirish -ni tanlang yoki F11 -ni bosing. Simulyator ochilganda, agar kerak bo'lsa: izni bosing, iz qo'shing va V6 (U6: OUT) kabi mos keladigan iz ifodasini tanlang, agar siz U6 opampining OUT pinidagi kuchlanish chiqishini o'lchashni xohlasangiz.

Ko'rsatkichlar kuchaytirgichi: UA741 -ni uchta kuchaytirgich uchun ishlating va rasmdagi kuchaytirgichlar tegishli yorliqqa (U4, U5, U6) mos kelishini unutmang. Chastotani bitta kuchlanishli kirish bilan hisoblash uchun PSpice -da AC -ni tozalang, shunda kuchlanish chiqishi daromad (1000) ga teng bo'lishi kerak.

Notch Filtri: Rasmda ko'rsatilgan bitta kuchlanishli AC quvvat manbai va uA741 operatsion kuchaytirgichidan foydalaning va siz ishlatadigan har bir op -amperni (15V DC bilan quvvatlanadi) quvvatlang. O'zgaruvchan tokni o'chirishni ishga tushiring, men elektr signallarini filtrlaydigan 60 Gts chastotada bo'lishini ta'minlash uchun 30 dan 100 Gts gacha 10 Gts tezlikda tavsiya qilaman.

Kam o'tish filtri: uA741 operatsion kuchaytirgichidan foydalaning (rasmga qarang, bizniki U1 deb yozilgan) va kontaktlarning zanglashiga bir voltli AC quvvat bilan ta'minlang. Operatsion kuchaytirgichlarni 15 voltli shahar quvvatiga ulang va U1 pinining 6 -rasmidagi o'zgaruvchan tok o'tkazgichining chiqishini o'lchang, u rasmda ko'rsatilgan simga ulanadi. O'zgaruvchan tokni o'chirish davri chastotali javobini hisoblash uchun ishlatiladi va siz kiritgan bitta kuchlanish bilan kuchlanish chiqishi daromad 1 ga teng bo'lishi kerak.

2 -qadam: Jadvalda jismoniy davrani yarating

Bu qiyin bo'lishi mumkin, lekin men sizga to'liq ishonaman! Buni non panelida qurish uchun siz yaratgan va sinab ko'rgan qiymatlar va sxemalardan foydalaning (umid qilamanki, ular simulyator simlari yordamida ishlaydi). Har bir bosqichda emas, balki butun davrani sinab ko'rish uchun, har bir qismni ulang (asboblar kuchaytirgichi filtrni past o'tkazgichga o'tkazing), har bir bosqichda emas, balki faqat kuchga (funktsiya generatori tomonidan 1 Vp-p) qo'llanilishini tekshiring. V+ va V- (15V) ni har bir operatsion kuchaytirgichga etkazib bering va siz filtrlash kabi narsalar ishlayotganiga ishonch hosil qilish uchun osiloskop yordamida turli chastotalarda chiqishni o'lchash orqali individual bosqichlarni sinab ko'rishingiz mumkin. Siz butun sxemani birgalikda sinab ko'rganingizda, funktsional generatorda o'rnatilgan yurak to'lqin shaklini ishlatishingiz mumkin, shunda siz kutilganidek QRS to'lqin shaklini ko'rasiz. Bir oz umidsizlik va tirishqoqlik bilan siz buni jismonan qura olasiz!

Shuningdek, biz PSpice -da tasvirlanmagan op -amp kuchlariga parallel ravishda 0,1uF tarmoqli kondansatör qo'shdik.

Shaxsiy komponentlarni yaratishda ba'zi maslahatlar:

Asboblarni kuchaytirgichi uchun, agar siz xato manbasini topishda qiynalayotgan bo'lsangiz, uchta op-amperning har bir alohida chiqishini tekshiring. Bundan tashqari, quvvat manbai va kirishni to'g'ri ta'minlaganingizga ishonch hosil qiling. Quvvat manbai 4 va 7-gachasi pinlarga, kuchlanishning kirishi va chiqishi esa birinchi bosqich op-amperlarining 3-pinlariga ulangan bo'lishi kerak.

Chiziq filtri uchun filtrni 60 Gts chastotada filtrlash uchun rezistor qiymatlariga ba'zi o'zgartirishlar kiritish kerak edi. Agar filtrlash 60 Gts dan yuqori bo'lsa, rezistorlardan birini kuchaytirish (biz 2 -ni to'g'riladik) filtr chastotasini tushirishga yordam beradi (aksincha).

Past o'tkazgichli filtr uchun oddiy qarshilik qiymatlarini ta'minlash (sizda mavjud bo'lgan rezistorlar) xatoni sezilarli darajada kamaytiradi!

3 -qadam: LabVIEW yordamida EKG to'lqin shaklini tuzish va yurak tezligini hisoblash (daqiqada urish)

LabVIEW -da siz EKG to'lqin shaklini vaqt funktsiyasi sifatida ko'rsatadigan va raqamli yurak urish tezligi raqamini ko'rsatadigan blok -diagramma va foydalanuvchi interfeysi yaratasiz. Men labVIEW -da nima qurish kerakligi haqidagi rasmni biriktirdim, siz kerakli komponentlarni qidirish satridan foydalanishingiz mumkin. Bunga sabrli bo'ling va siz har bir parcha haqida o'qish uchun yordamdan foydalanishingiz mumkin.

Devrenni kompyuterga ulash uchun jismoniy DAQdan foydalanganingizga ishonch hosil qiling. DAQ yordamchisida namuna olishni uzluksiz va 4k ga o'zgartiring.

Diagrammani tuzish bo'yicha ba'zi maslahatlar:

• DAQ Assistant ulanishi "ma'lumotlar" va "to'xtatish" dan chiqadi.
• DAQ yordamchisi maksimal "to'lqin shaklini" kiritadi.
• Rasmda ko'rsatilgan raqam uchun sichqonchaning o'ng tugmachasini bosing, yarating va doimiyni tanlang.
• O'ng tugmachani bosing, elementni tanlang, dt, bu t0 ni dt ga o'zgartirish
• Tepalikni aniqlash "signal kirish", "pol" va "kenglik" da ulanishlarga ega.
• "Massiv" ga va doimiylarni "indeks" ga ulang.
• DAQ kartasining jismoniy pinini (ya'ni analog 8) DAQ yordamchisida tanlangan pin ekanligiga ishonch hosil qiling (rasmga qarang)

Kiritilgan "IMG_9875.mov" videokamerasi o'zgaruvchan EKG to'lqin shakli va daqiqada urish tezligini aks ettiruvchi LabVIEW VI Foydalanuvchi interfeysi ko'rsatiladigan kompyuterdir (tinglang, chastota qanday o'zgartirilgani e'lon qilinadi).

Dizayningizni 1 gigagertsli chastotali kirishni yuborish orqali sinab ko'ring va u toza to'lqin shakliga ega (solishtirish uchun rasmga qarang), lekin siz daqiqada 60 zarba o'qishingiz kerak!

Siz qilgan narsalar odamning EKG signalini o'qish uchun ham ishlatilishi mumkin, chunki bu tibbiy asbob emas. Siz hali ham dizayndagi oqim bilan ehtiyot bo'lishingiz kerak. Sirt elektrodlari biriktirilgan: chap to'pig'iga musbat, o'ng bilagiga salbiy va o'ng to'pig'iga zamin biriktiring. LabVIEW -ni ishga tushiring va siz grafikda to'lqin shakli paydo bo'lishini ko'rasiz va raqamli displey qutisiga daqiqada urilishlar paydo bo'ladi.