Sådan opbygges en EKG og puls digital monitor: 6 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Et elektrokardiogram (EKG) måler hjerteslagets elektriske aktivitet for at vise, hvor hurtigt hjertet slår og dets rytme. Der er en elektrisk impuls, også kendt som en bølge, der bevæger sig gennem hjertet for at få hjertemusklen til at pumpe blod ud med hvert slag. Højre og venstre forkamre skaber den første P -bølge, og de højre og venstre bundkammer gør QRS -komplekset. Den sidste T -bølge er fra den elektriske genopretning til en hviletilstand. Læger bruger EKG -signaler til at diagnosticere hjertesygdomme, så det er vigtigt at få klare billeder.

Målet med denne instruerbare er at erhverve og filtrere et elektrokardiogram (EKG) signal ved at kombinere en instrumenteringsforstærker, hakfilter og lavpasfilter i et kredsløb. Derefter går signalerne gennem en A/D-konverter til LabView for at producere en graf i realtid og hjerteslag i BPM.

"Dette er ikke et medicinsk udstyr. Dette er kun til uddannelsesmæssige formål ved hjælp af simulerede signaler. Hvis du bruger dette kredsløb til rigtige EKG-målinger, skal du sørge for, at kredsløbet og kredsløbet til instrumentforbindelserne anvender korrekte isolationsteknikker."

Trin 1: Design en instrumentforstærker

For at bygge en instrumenteringsforstærker har vi brug for 3 op -forstærkere og 4 forskellige modstande. En instrumenteringsforstærker øger forstærkningen af outputbølgen. Til dette design sigtede vi efter en gevinst på 1000V for at få et godt signal. Brug følgende ligninger til at beregne de passende modstande, hvor K1 og K2 er forstærkningen.

Trin 1: K1 = 1 + (2R2/R1)

Trin 2: K2 = -(R4/R3)

Til dette design blev R1 = 20.02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω brugt.

Trin 2: Design et Notch Filter

For det andet skal vi bygge et hakfilter ved hjælp af en op -forstærker, modstande og kondensatorer. Formålet med denne komponent er at filtrere støj ved 60 Hz. Vi vil filtrere nøjagtigt ved 60 Hz, så alt under og over denne frekvens vil passere, men amplituden af bølgeformen vil være lavest ved 60 Hz. For at bestemme parametrene for filteret brugte vi en forstærkning på 1 og en kvalitetsfaktor på 8. Brug nedenstående ligninger til at beregne de passende modstandsværdier. Q er kvalitetsfaktoren, w = 2*pi*f, f er centerfrekvensen (Hz), B er båndbredden (rad/sek), og wc1 og wc2 er afskæringsfrekvenserne (rad/sek).

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

Q = m/B

B = wc2 - wc1

Trin 3: Design et lavpasfilter

Formålet med denne komponent er at filtrere frekvenser over en bestemt afbrydelsesfrekvens (wc), hvilket i det væsentlige ikke tillader dem at passere igennem. Vi besluttede at filtrere ved 250 Hz frekvens for at undgå at skære for tæt på den gennemsnitlige frekvens, der bruges til at måle et EKG -signal (150 Hz). For at beregne de værdier, vi vil bruge til denne komponent, bruger vi følgende ligninger:

C1 <= C2 (a^2 + 4b (k-1)) / 4b

C2 = 10/cutoff frekvens (Hz)

R1 = 2 / (wc (a*C2 + (a^2 + 4b (k -1) C2^2 - 4b*C1*C2)^(1/2))

R2 = 1 / (b*C1*C2*R1*wc^2)

Vi sætter forstærkningen som 1, så R3 bliver et åbent kredsløb (ingen modstand) og R4 bliver en kortslutning (bare en ledning).

Trin 4: Test kredsløbet

Der udføres en AC -fejning for hver komponent for at bestemme filterets effektivitet. AC -sweep måler komponentens størrelse ved forskellige frekvenser. Du forventer at se forskellige former afhængigt af komponenten. Betydningen af AC -fejningen er at sikre, at kredsløbet fungerer korrekt, når det først er bygget. For at udføre denne test i laboratoriet skal du blot optage Vout/Vin ved en række frekvenser. For instrumenteringsforstærkeren testede vi fra 50 til 1000 Hz for at få et bredt område. For hakfilteret testede vi fra 10 til 90 Hz for at få en god idé om, hvordan komponenten reagerer omkring 60 Hz. For lavpasfilteret testede vi fra 50 til 500 Hz for at forstå, hvordan kredsløbet reagerer, når det er meningen, at det skal passere, og hvornår det er meningen, at det skal stoppe.

Trin 5: EKG -kredsløb på LabView

Dernæst vil du oprette et blokdiagram i LabView, der simulerer et EKG -signal gennem en A/D -konverter og derefter tegner signalet på computeren. Vi begyndte med at indstille parametrene for vores DAQ -kortsignal ved at bestemme, hvilken gennemsnitlig puls vi forventede; vi valgte 60 slag i minuttet. Derefter kunne vi ved hjælp af en frekvens på 1 kHz fastslå, at vi skulle vise cirka 3 sekunder for at erhverve 2-3 EKG-toppe i kurveformplottet. Vi viste 4 sekunder for at sikre, at vi fanger nok EKG -toppe. Blokdiagrammet vil aflæse det indgående signal og bruge spidsdetektering til at bestemme, hvor ofte et fuldt hjerteslag forekommer.

Trin 6: EKG og puls

Ved hjælp af koden fra blokdiagrammet vises EKG i bølgeformboksen, og slagene i minuttet vises ved siden af det. Du har nu en fungerende pulsmåler! Hvis du vil udfordre dig selv endnu mere, kan du prøve at bruge dit kredsløb og elektroder til at vise din puls i realtid!