ЭКГ схемасы (PSpice, LabVIEW, Breadboard): 3 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:42

Эскертүү: Бул медициналык аппарат эмес. Бул симуляцияланган сигналдарды колдонуу менен билим берүү максатында. Эгерде бул схеманы чыныгы ЭКГ өлчөө үчүн колдонуп жатсаңыз, чынжыр менен прибордун туташуулары туура изоляциялоо ыкмаларын колдонуп жатканына ишениңиз

Бул көрсөтмө ЭКГ сигналдарын кабыл алуучу, чыпкалоочу жана күчөтүүчү схеманы симуляциялоонун, куруунун жана текшерүүнүн жетектөөчү жолу. Бул нускаманы толугу менен ишке ашыруу үчүн сизге микросхемалардын негизги билими жана бир нече инструменттер керек болот.

Электрокардиография (ЭКГ же ЭКГ)-оорутпаган, инвазивдүү эмес тест, ал жүрөктүн электр активдүүлүгүн жазат жана пациенттин жүрөгүнүн абалын түшүнүү үчүн колдонулат. ЭКГнын окуусун ийгиликтүү окшоштуруу үчүн, жүрөктүн сигналдарын күчөтүү керек (приборлордун күчөткүчү) жана чыпкаланган (оюк жана төмөн өтмө чыпкалар). Бул компоненттер физикалык жана райондук симулятордо жаратылган. Ар бир компонент сигналдын туура күчөтүлүшүн же чыпкаланышын камсыз кылуу үчүн, AC сыпыруу PSpice жана эксперименталдык түрдө аткарылышы мүмкүн. Ар бир компонентти ийгиликтүү сыноодон өткөргөндөн кийин, прибордун күчөткүчүнөн, оюк чыпкасынан жана төмөн өтүү чыпкасынан турган жүрөк сигналын киргизүүгө болот. Андан кийин, адамдын ЭКГ сигналы ЭКГ жана LabVIEW аркылуу киргизилиши мүмкүн. Симуляцияланган толкун формасы жана адамдын жүрөк сигналы LabVIEW аркылуу кирүү сигналынын мүнөтүнө (BPM) санын эсептөө үчүн иштетилиши мүмкүн. Жалпысынан алганда, жүрөктүн сигналын жана адамдын сигналын ийгиликтүү күчөтүү жана чыпкалоо керек, приборлордун күчөткүчүн, оюк чыпкасын жана төмөн өтүү чыпкасы схемасын долбоорлоо, өзгөртүү жана сыноо үчүн райондук көндүмдөрдү колдонуп ЭКГны окшоштуруу.

1 -кадам: Компьютердеги схеманы окшоштуруу

Биз түзө турган схеманы окшоштуруу үчүн сизде бар болгон бардык программаларды колдоно аласыз. Мен PSpiceти колдондум, ошондуктан мен деталдарды түшүндүрүп берем, бирок компоненттин баалуулуктары (резисторлор, конденсаторлор ж. Б.) Жана негизги жолдор баары бирдей, башка нерсени колдонуудан тартынба (мисалы, circuitlab.com).

Компоненттин маанилерин эсептөө:

1. Биринчиси, приборлордун күчөткүчүнүн баалуулугун аныктоо (сүрөттү караңыз). Сүрөттөгү баалуулуктар 1000 каалаган кирешеге ээ болуу менен аныкталган. Демек, бул чыңалуунун кайсы бөлүгүн камсыз кылсаңыз да, аны кирешенин мааниси менен "күчөтөт". Мисалы, эгер сиз 1В берсеңиз, анда чыгаруу 1000В болушу керек. Бул приборлордун күчөткүчүнүн эки бөлүгү бар, ошондуктан киреше K1 жана K2 деп белгиленген. Камтылган сүрөттү караңыз, биз кирешелердин жакын болушун каалайбыз (ошондуктан сүрөттөгү теңдеме 2), сүрөттөгү 2 жана 3 теңдемелер түйүндүк анализ менен табылган, анан резистордун маанилерин эсептеп алууга болот (сүрөттү караңыз).
2. Тиш чыпкасы үчүн резистордун мааниси сапат коэффициентин Q, 8ге коюу менен аныкталган жана бизде 0.022uF конденсаторлору бар экенин билгендиктен, биз бул эки шартты колдонуу менен эсептөөлөрдө алдыга жылганбыз. Маанилерди эсептөө үчүн 5 - 10 барабардыктары бар сүрөттү караңыз. Же R1 = 753.575Ω, R2 = 192195Ω, R3 = 750.643Ω колдонуңуз, биз эмне кылдык!
3. Төмөн өтүү чыпкасы ЭКГ үчүн 250 Гц кесүү жыштыгын колдонуу жакшы экенин интернеттен тапкан белгилүү бир жыштыктан жогору болгон ызы -чууну жок кылуу. Бул жыштыктан жана теңдемелерден 11-15 (сүрөттү караңыз) сиздин төмөн өтүү чыпкаңыз үчүн резистордун маанилерин эсептеп алыңыз. R3тү ачык схема катары жана R4ту кыска туташуу катары караңыз K = 1. Биз R1 = 15, 300 ом, R2 = 25, 600 ом, C1 = 0.022 uF, C2 = 0.047 uF деп эсептейбиз.

PSpiceде ачуу жана куруу:

Бардык бул баалуулуктар менен, PSpice'ди баштаңыз - "OrCAD Capture CIS" ачыңыз, эгер Cadence Project Choices үчүн калкыма терезе ачылса 'Allegro PCB Design CIS L' тандаңыз, файлды ачыңыз -> жаңы долбоор, ага акылдуу ат териңиз, долбоор түзүүнү тандаңыз аналогдук же аралаш А/Дны колдонуп, "бош проект түзүү" тандап, долбооруңуздун файлын уюштуруу үчүн сүрөттү караңыз, ар бир баракта сиз компоненттериңизди (резисторлор, конденсаторлор ж. б.) түзө аласыз. сиз каалаган схема. Ар бир баракта сиз үстүндөгү куралдар тилкесинин бир бөлүгүн чыкылдатып, бир бөлүгүн чыкылдатып, резисторлорду, конденсаторлорду, иштөөчү күчөткүчтөрдү жана энергия булактарын издеген бөлүктөрдүн тизмесин ачасыз. Ошондой эле ачылуучу жайдан сиз колдонууңуз керек болгон жерди жана зымды таба аласыз. Эми барактарыңыздын ар бирин сиз эсептеген баалуулуктарды колдонуп, сүрөттөрдө көрүнгөндөй кылып жасаңыз.

Чыпкалоо жана күчөтүү чындыгында сиз күткөндөй болуп жаткандыгын камсыз кылуу үчүн AC Sweeps иштетиңиз

Мен булардын симуляциясы үчүн эки фигураны коштум. 60 Гц чукулуна көңүл буруңуз жана жогорку жыштыктарды чыпкалаңыз. Сызыктын түстөрүнө жана изделген сөздөргө көңүл буруңуз, мен дагы бүтүндөй схеманы чуркадым, андыктан сиз эмнени күтүп жатканыңызды түшүнүшүңүз керек!

PSpice тандоо үчүн PSpice, New Simulation Profile баскычын чыкылдатыңыз, AC Sweepке өзгөртүңүз жана баштоо, токтотуу жана көбөйтүү мааниси үчүн керектүү жыштыктарды коюңуз. PSpice менюсунда мен ошондой эле маркерлерди, өнүккөн жана чыңалуу дБсын тандап алдым жана маркерди мен өндүрүштү өлчөгүм келген жерге коюп койдум, бул кол менен из өзгөртүүнү кошуунун кажети жок. Андан кийин PSpice меню баскычына кайра барып, Run тандаңыз же F11 баскычын басыңыз. Качан симулятор ачылганда, керек болсо: изди чыкылдатыңыз, из кошуңуз, андан кийин V6 (U6: OUT) сыяктуу тийиштүү издин туюнтмасын тандаңыз, эгер сиз чыңалуу өндүрүшүн U6 опамынын OUT пининде өлчөөнү кааласаңыз.

Аспаптык күчөткүч: Күчөткүчтөрдүн үчөө үчүн uA741ди колдонуңуз жана сүрөттөрдөгү күчөткүчтөрдүн тиешелүү энбелгиси (U4, U5, U6) боюнча шилтеме кылынганына көңүл буруңуз. Бул учурда чыңалуу чыгымы кирешеге (1000) барабар болушу үчүн, бир чыңалуу киргизүү менен чынжырдын жыштыгын эсептөө үчүн PSpice'деги AC шыпыргыңызды иштетиңиз.

Notch чыпкасы: Сүрөттө көрүнүп тургандай, бир чыңалуу AC энергия булагын жана uA741 ыкчам күчөткүчүн колдонуңуз жана сиз колдонгон ар бир оп -ампти (15V DC менен иштейт) кубаттаңыз. AC шыпыргысын иштетүү, мен 30 Гцтен 10 Гцке чейин электрдик сигналдарды чыпкалоочу 60 Гц чегин камсыз кылуу үчүн сунуштайм.

Төмөн өтүү чыпкасы: uA741 ыкчам күчөткүчүн колдонуңуз (сүрөттү карагыла, биздики U1 деп белгиленген) жана чынжырга бир вольттуу AC кубатын бергиле. Опера амперин DC 15 вольт менен кубаттаңыз жана U1дин 6 -пининдеги AC чыпкасынын чыгымын өлчөңүз, ал сүрөттө көрүнгөн зым менен туташат. AC тазалагыч схеманын жыштык реакциясын эсептөө үчүн колдонулат жана сиз орноткон бир чыңалуу менен, чыңалуу чыгымы киреше- 1ге барабар болушу керек.

2 -кадам: Нан тактасында физикалык схеманы куруңуз

Бул кыйын болушу мүмкүн, бирок мен сизге толук ишенем! Муну нан тактасына куруу үчүн өзүңүз түзгөн жана сыналган баалуулуктарды жана схемаларды колдонуңуз (алардын симулятордун жардамы менен иштээрин билесиз деп үмүттөнөбүз). Бардык схеманы тестирлөө үчүн, ар бир этапта эмес, кубаттуулукту (функция генератору тарабынан 1 Vp-p) колдонуу керек, бүт схеманы текшерүү үчүн, ар бир бөлүктү туташтырыңыз (приборлордун күчөткүчү чыпканы төмөн өткөрүүгө чейин), V+ жана V- (15V) ар бир оп-ампка жеткирүү, жана сиз чыпкалоо сыяктуу нерселер иштеп жатканына ынануу үчүн осциллограф менен ар кандай жыштыктарда чыгууну өлчөө менен жеке этаптарды текшере аласыз. Сиз бүт схеманы бирге текшергенде, функция генераторунда жүрөктүн толкун формасын колдоно аласыз, андан кийин QRS толкун формасын күтүлгөндөй көрөсүз. Кичине көңүл калуу жана өжөрлүк менен сиз муну физикалык жактан кура алышыңыз керек!

Биз ошондой эле PSpiceте сүрөттөлбөгөн оп -амп кубаттуулугуна параллель 0.1uF диапазондогу конденсаторду коштук.

Бул жерде жеке компоненттерди курууда кээ бир кеңештер бар:

Аспаптык күчөткүч үчүн, эгер сиз катанын булагын табууда кыйналып жатсаңыз, үч оп-ампердин ар бир жеке чыгарылышын текшериңиз. Мындан тышкары, сиз энергия булагын туура киргизип жатканыңызды текшериңиз. Электр булагы 4 жана 7-пинге, ал эми чыңалуунун кириши жана чыгышы биринчи стадиядагы оп-ампердин 3-казыгына туташтырылышы керек.

Чыпка чыпкасы үчүн чыпканы 60 Гц жыштыкта чыпкалоо үчүн резистордун маанилерине айрым өзгөртүүлөрдү киргизүү керек болчу. Эгерде чыпкалоо 60 Гцтен жогору болсо, резисторлордун бирин көбөйтүү (биз 2ди жөнгө салдык) чыпка жыштыгын төмөндөтүүгө жардам берет (көбөйүүгө карама -каршы).

Төмөн өтүү чыпкасы үчүн жөнөкөй резистордук маанилерди камсыз кылуу (сизде болгон резисторлор) катаны олуттуу түрдө азайтат!

3 -кадам: LabVIEW ЭКГнын толкун формасын түзүү жана жүрөктүн кагышын эсептөө (мүнөтүнө бит)

LabVIEWде сиз блок -схеманы жана колдонуучу интерфейсин түзөсүз, ал ЭКГнын толкун формасын графикте убакыттын функциясы катары көрсөтөт жана жүрөктүн цифралык санынын санын көрсөтөт. Мен labVIEWде эмнелерди куруу керектигин сүрөттү тиркеп койдум, керектүү компоненттерди издөө үчүн издөө тилкесин колдонсоңуз болот. Буга чыдамдуу болуңуз жана жардамды колдонуп, ар бир бөлүк жөнүндө окуй аласыз.

Сиздин схемаңызды компьютерге туташтыруу үчүн физикалык DAQ колдонууну тактаңыз. DAQ жардамчысында үлгүлөрүңүздү үзгүлтүксүз жана 4k кылып өзгөртүңүз.

Бул жерде диаграмманы түзүү боюнча бир нече кеңеш бар:

• DAQ жардамчысынын туташуусу "маалыматтан" жана "токтотуудан" чыгып жатат.
• DAQ жардамчысы минималдуу "толкун формасына".
• Оң баскыч менен чыкылдатыңыз, түзүңүз жана сүрөттө көрүнгөн сан үчүн туруктуу тандаңыз.
• Оң баскыч менен чыкылдатыңыз, нерсени тандаңыз, dt, бул t0ду dtге өзгөртүү
• Чокуну аныктоодо "сигналдын кириши", "босогосу" жана "туурасы" боюнча байланыштар бар
• "Массивге" жана "индекстин" константаларына туташыңыз
• DAQ тактасынын физикалык пини (б.а. аналогдук 8) DAQ Жардамчысында тандалган пин экениңизди текшериңиз (сүрөттү караңыз)

Камтылган 'IMG_9875.mov' видеосу LabVIEW VI Колдонуучунун интерфейсин көрсөтүүчү ЭКГнын толкун формасын жана киргизүүнүн негизинде мүнөтүнө соккусун көрсөтүүчү компьютерден турат (угуңуз, жыштык кандай өзгөргөнүн жарыялагандай угуңуз).

Дизайныңызды 1 Гц жыштыгын жөнөтүү менен сынап көрүңүз, ал таза толкун формасына ээ (салыштыруу үчүн сүрөттү караңыз), бирок сиз мүнөтүнө 60 сокку окуй алышыңыз керек!

Сиз жасаган нерселерди адамдын ЭКГ сигналын окуу үчүн да колдонсо болот, анткени бул медициналык аппарат эмес. Дизайнга берилген ток менен дагы эле этият болуш керек. Тиркелген жер үстүндөгү электроддор: сол чурайга оң, оң билекке терс жана оң таманга жер тиркөө. LabVIEW'уңузду иштетиңиз, ошондо сиз толкун формасы графикте көрүнөт жана мүнөтүнө сокку да санариптик дисплей кутусуна чыгат.