Схема электрокардиограммы: 4 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Привет! Это написано двумя студентами, которые в настоящее время изучают биомедицинскую инженерию и посещают занятия по схемам. Мы создали ЭКГ и очень рады поделиться ею с вами.

Запасы

Основные материалы, которые потребуются для этого проекта, включают:

- макетная плата

- резисторы

- конденсаторы

- операционные усилители (LM741)

- электроды

Вам также понадобится перечисленное электронное оборудование:

- Источник постоянного тока

- Генератор функций

- Осциллограф

Шаг 1: дифференциальный усилитель

Зачем это нужно?

Дифференциальный усилитель используется для усиления сигнала и уменьшения шума, который может возникать между электродами. Шум снижается за счет снятия разницы в напряжении с двух электродов. Чтобы определить необходимые значения резистора, мы решили, что нам нужно, чтобы усилитель создавал коэффициент усиления 1000.

Как это устроено?

Для этого использовалось уравнение усиления для дифференциального усилителя, математические расчеты приведены на прилагаемом изображении. При расчетах было установлено, что номиналы резисторов должны быть 100 Ом и 50 кОм. Однако, поскольку у нас не было резистора 50 кОм, мы использовали 47 кОм. На прилагаемой фотографии можно увидеть настройку дифференциального усилителя как для LTSpice, так и для макета. Дифференциальному усилителю требуется макетная плата для его подключения, 1 резистор на 100 Ом, резистор 6 x 47 кОм, 3 операционных усилителя LM741 и множество перемычек.

Как это проверить?

При тестировании в LTSpice и на физическом устройстве вы хотите убедиться, что оно дает усиление 1000. Это делается с помощью уравнения усиления: усиление = Vout / Vin. Vout - это размах выходного сигнала, а Vin - размах входного сигнала. Например, чтобы проверить функциональный генератор, я ввел бы в схему размах 10 мВ, поэтому я должен получить на выходе 10 В.

Шаг 2: режекторный фильтр

Зачем это нужно?

Режекторный фильтр создан для устранения шума. Поскольку в большинстве зданий используется переменный ток 60 Гц, который может создавать помехи в цепи, мы решили сделать режекторный фильтр, который будет ослаблять сигнал на частоте 60 Гц.

Как его построить?

Дизайн режекторного фильтра основан на изображении выше. Уравнения для расчета номиналов резисторов и конденсаторов также перечислены выше. Мы решили использовать конденсаторы с частотой 60 Гц и 0,1 мкФ, так как это емкость конденсатора, которая у нас была. При вычислении уравнений мы обнаружили, что R1 и R2 равны 37 549 кОм, а значение R3 составляет 9021,19 Ом. Чтобы иметь возможность создавать эти значения на нашей печатной плате, мы использовали 39 кОм для R1 и R2 и 9,1 кОм для R3. В целом, для режекторного фильтра требуется 1 резистор 9,1 кОм, 2 резистора 39 кОм, 3 конденсатора по 0,1 мкФ, 1 операционный усилитель LM741 и множество перемычек. Схема установки режекторного фильтра как для LTSpice, так и для макетной платы приведена ниже. на изображении выше.

Как это проверить?

Функциональность режекторного фильтра можно проверить, выполнив развертку по переменному току. Все частоты должны проходить через фильтр, кроме 60 Гц. Это можно проверить как на LTSpice, так и на физической схеме.

Шаг 3: фильтр нижних частот

Зачем это нужно?

Фильтр нижних частот необходим, чтобы уменьшить шум от вашего тела и окружающей нас комнаты. При выборе частоты среза для фильтра нижних частот важно учитывать, что сердцебиение происходит в диапазоне от 1 Гц до 3 Гц, а формы волны, составляющие ЭКГ, находятся в диапазоне от 1 до 50 Гц.

Как его построить?

Мы решили сделать частоту среза равной 60 Гц, чтобы мы могли получать все полезные сигналы, но также отсекали ненужный сигнал. При определении частоты среза 70 Гц мы решили выбрать конденсатор емкостью 0,15 мкФ, поскольку он есть в нашем комплекте. Расчет емкости конденсатора можно увидеть на изображении. Результатом расчета было сопротивление резистора 17,638 кОм. Мы выбрали резистор 18 кОм. Для фильтра нижних частот требуются 2 резистора по 18 кОм, 2 конденсатора по 0,15 мкФ, 1 операционный усилитель LM741 и множество перемычек. Схема фильтра нижних частот как для LTSpice, так и для физической схемы может быть найдена на изображении.

Как это проверить?

Фильтр нижних частот можно проверить с помощью развертки переменного тока как на LTSpice, так и на физической цепи. При запуске развертки по переменному току вы должны увидеть, что частоты ниже до среза не изменились, но частоты выше среза начинают отфильтровываться.

Шаг 4: Завершите проект

Когда схема завершена, она должна выглядеть как на изображении выше! Теперь вы готовы прикрепить электроды к своему телу и посмотреть свою ЭКГ! Наряду с осциллографом ЭКГ также может отображаться на Arduino.