Ein Elektrokardiogramm (EKG) misst die elektrische Aktivität des Herzschlags, um zu zeigen, wie schnell das Herz schlägt und welchen Rhythmus es hat. Es gibt einen elektrischen Impuls, der auch als Welle bezeichnet wird und sich durch das Herz bewegt, damit der Herzmuskel bei jedem Schlag Blut abpumpt. Der rechte und der linke Vorhof erzeugen die erste P-Welle, und der rechte und der linke untere Ventrikel machen den QRS-Komplex. Die endgültige T-Welle geht von der elektrischen Erholung in einen Ruhezustand über. Ärzte verwenden EKG-Signale, um Herzerkrankungen zu diagnostizieren. Daher ist es wichtig, klare Bilder zu erhalten.
Das Ziel dieses Befehls besteht darin, ein Elektrokardiogramm-Signal (EKG-Signal) durch Kombinieren eines Instrumentenverstärkers, eines Sperrfilters und eines Tiefpassfilters in einer Schaltung zu erfassen und zu filtern. Anschließend werden die Signale über einen A / D-Wandler in LabView übertragen, um ein Echtzeitdiagramm und einen Herzschlag in BPM zu erstellen.
"Dies ist kein medizinisches Gerät. Dies dient nur zu Unterrichtszwecken unter Verwendung von simulierten Signalen. Wenn Sie diese Schaltung für echte EKG-Messungen verwenden, stellen Sie sicher, dass die Schaltung und die Verbindungen zwischen Schaltung und Instrument die richtigen Isolationstechniken verwenden."
Zubehör:
Schritt 1: Entwerfen Sie einen Instrumentenverstärker
Um einen Instrumentenverstärker zu bauen, benötigen wir 3 Operationsverstärker und 4 verschiedene Widerstände. Ein Instrumentenverstärker erhöht die Verstärkung der Ausgangswelle. Für dieses Design haben wir eine Verstärkung von 1000 V angestrebt, um ein gutes Signal zu erhalten. Verwenden Sie die folgenden Gleichungen, um die geeigneten Widerstände zu berechnen, wobei K1 und K2 die Verstärkung sind.
Stufe 1: K1 = 1 + (2R2 / R1)
Stufe 2: K2 = - (R4 / R3)
Für diesen Entwurf wurden R1 = 20,02 Ω, R2 = R4 = 10 kΩ, R3 = 10 Ω verwendet.
Schritt 2: Entwerfen Sie einen Kerbfilter
Zweitens müssen wir ein Sperrfilter mit einem Operationsverstärker, Widerständen und Kondensatoren bauen. Der Zweck dieser Komponente besteht darin, Rauschen mit 60 Hz herauszufiltern. Wir wollen genau bei 60 Hz filtern, damit alles unterhalb und oberhalb dieser Frequenz durchläuft, aber die Amplitude der Wellenform ist bei 60 Hz am niedrigsten. Um die Parameter des Filters zu bestimmen, haben wir eine Verstärkung von 1 und einen Qualitätsfaktor von 8 verwendet. Verwenden Sie die folgenden Gleichungen, um die entsprechenden Widerstandswerte zu berechnen. Q ist der Qualitätsfaktor, w = 2 · pi · f, f ist die Mittenfrequenz (Hz), B ist die Bandbreite (rad / sec) und wc1 und wc2 sind die Grenzfrequenzen (rad / sec).
R1 = 1 / (2QwC)
R2 = 2Q / (wC)
R3 = (R1 + R2) / (R1 + R2)
Q = w / B
B = wc2 - wc1
Schritt 3: Entwerfen Sie einen Tiefpassfilter
Der Zweck dieser Komponente besteht darin, Frequenzen über einer bestimmten Grenzfrequenz (wc) herauszufiltern, sodass sie im Wesentlichen nicht durchgelassen werden können. Wir haben uns entschieden, bei einer Frequenz von 250 Hz zu filtern, um zu vermeiden, dass die durchschnittliche Frequenz, mit der ein EKG-Signal gemessen wird (150 Hz), zu kurz gewählt wird. Um die Werte zu berechnen, die wir für diese Komponente verwenden, verwenden wir die folgenden Gleichungen:
C1 <= C2 (a ^ 2 + 4b (k-1)) / 4b
C2 = 10 / Grenzfrequenz (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)
Wir setzen die Verstärkung auf 1, so dass R3 ein offener Stromkreis (kein Widerstand) und R4 ein Kurzschluss (nur ein Draht) wird.
Schritt 4: Testen Sie die Schaltung
Für jede Komponente wird ein Wechselstromdurchlauf durchgeführt, um die Wirksamkeit des Filters zu bestimmen. Der Wechselstrom-Sweep misst die Größe der Komponente bei verschiedenen Frequenzen. Sie erwarten je nach Bauteil unterschiedliche Formen. Der Wechselstrom-Sweep muss sicherstellen, dass die Schaltung nach dem Bau ordnungsgemäß funktioniert. Um diesen Test im Labor durchzuführen, zeichnen Sie einfach Vout / Vin in einem Frequenzbereich auf. Für den Instrumentenverstärker haben wir 50 bis 1000 Hz getestet, um eine große Reichweite zu erzielen. Für das Sperrfilter haben wir 10 bis 90 Hz getestet, um eine gute Vorstellung davon zu erhalten, wie die Komponente um 60 Hz herum reagiert. Für das Tiefpassfilter haben wir 50 bis 500 Hz getestet, um zu verstehen, wie die Schaltung reagiert, wenn sie passieren soll und wenn sie stoppen soll.
Schritt 5: EKG-Schaltung in LabView
Als Nächstes möchten Sie in LabView ein Blockdiagramm erstellen, das ein EKG-Signal über einen A / D-Wandler simuliert und dann das Signal auf dem Computer zeichnet. Zunächst stellten wir die Parameter unseres DAQ-Board-Signals ein, indem wir bestimmten, welche durchschnittliche Herzfrequenz wir erwarteten. Wir haben 60 Schläge pro Minute gewählt. Bei einer Frequenz von 1 kHz konnten wir dann feststellen, dass ungefähr 3 Sekunden angezeigt werden mussten, um 2-3 EKG-Peaks im Kurvendiagramm zu erfassen. Wir haben 4 Sekunden angezeigt, um sicherzustellen, dass wir genügend EKG-Peaks erfassen. Das Blockdiagramm liest das eingehende Signal und verwendet die Spitzenerkennung, um zu bestimmen, wie oft ein voller Herzschlag auftritt.
Schritt 6: EKG und Herzfrequenz
Unter Verwendung des Codes aus dem Blockdiagramm wird das EKG im Wellenformfeld angezeigt und die Schläge pro Minute werden daneben angezeigt. Sie haben jetzt einen funktionierenden Herzfrequenzmesser! Verwenden Sie Ihren Schaltkreis und die Elektroden, um Ihre Herzfrequenz in Echtzeit anzuzeigen, und fordern Sie sich selbst heraus!
