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

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:27

Ескертпе: бұл медициналық құрылғы емес. Бұл тек имитациялық сигналдарды қолдану арқылы білім беру мақсатында. Егер бұл тізбекті ЭКГ-ны нақты өлшеу үшін қолданатын болсаңыз, онда тізбек пен құрылғы арасындағы байланыс оқшаулаудың тиісті әдістерін қолданатынына көз жеткізіңіз

Бұл нұсқаулық ЭКГ сигналдарын қабылдайтын, сүзетін және күшейтетін тізбекті модельдеуге, құруға және сынауға арналған нұсқаулық болып табылады. Бұл нұсқаулықты толығымен орындау үшін сізге схемалар туралы қарапайым білім қажет және бірнеше құралдар қажет.

Электрокардиография (ЭКГ немесе ЭКГ)-бұл жүректің электрлік белсенділігін тіркейтін ауыртпайтын, инвазивті емес тест және науқастың жүрегінің күйін түсіну үшін қолданылады. ЭКГ көрсеткішін сәтті имитациялау үшін жүректің кіріс сигналдарын күшейту керек (аспаптық күшейткіш) және сүзу (ойық және төмен өту сүзгілері). Бұл компоненттер физикалық және схемалық тренажерда жасалған. Әрбір компоненттің сигналды дұрыс күшейтетінін немесе сүзетінін қамтамасыз ету үшін айнымалы токты тазалауды PSpice көмегімен және эксперименттік түрде жүргізуге болады. Әрбір компонентті жеке сынақтан өткізгеннен кейін, жүрек сигналын аспаптық күшейткіштен, ойық сүзгісінен және төмен өту сүзгісінен тұратын аяқталған тізбек арқылы енгізуге болады. Осыдан кейін ЭКГ және LabVIEW арқылы адамның ЭКГ сигналы енгізілуі мүмкін. Кіріс сигналының минутына соққысын (BPM) санау үшін модельденген толқын пішіні де, адамның жүрек сигналы да LabVIEW арқылы өтуі мүмкін. Тұтастай алғанда, кіріс жүрек сигналы мен адамның сигналы аспаптық күшейткішті, ойық сүзгісін және төмен өту сүзгі тізбегін жобалау, өзгерту және тестілеу дағдыларын қолдана отырып ЭКГ модельдей отырып, сәтті күшейтілуі және сүзілуі керек.

1 -қадам: Компьютердегі схеманы модельдеу

Біз жасайтын тізбекті модельдеу үшін сізде бар кез келген бағдарламалық жасақтаманы пайдалана аласыз. Мен PSpice -ді қолдандым, сондықтан мен егжей -тегжейлі түсіндіремін, бірақ құрамдас бөліктердің мәндері (резисторлар, конденсаторлар және т..

Компоненттердің мәндерін есептеңіз:

1. Біріншіден, құрал күшейткішінің мәндерін анықтау (суретті қараңыз). Суреттегі мәндер қалаған 1000 -ға тең түсу арқылы анықталды. Бұл дегеніміз, сіз тізбектің осы бөлігін беретін кіріс кернеуі қандай болса да, оны күшейту мәні бойынша күшейтеді. Мысалы, егер сіз 1В берсеңіз, шығыс 1000В болуы керек. Бұл аспаптық күшейткіштің екі бөлімі бар, сондықтан пайда олардың арасында бөлінеді K1 және K2. Қосылған суретті қараңыз, біз табыстың жақын болғанын қалаймыз (сондықтан суреттегі 2 -ші теңдеу), суреттегі 2 және 3 теңдеулер түйіндік талдау арқылы табылған, содан кейін резистор мәндерін есептеуге болады (суретті қараңыз).
2. Шұңқыр сүзгісінің резистор мәндері Q коэффициентінің коэффициентін 8 -ге қою арқылы анықталды, және бізде 0,022uF конденсаторлар жеткілікті екенін білгендіктен, біз осы екі шартты қолдана отырып, есептеулерге көштік. Мәндерді есептеу үшін 5-10 теңдеулері бар суретті қараңыз. Немесе R1 = 753.575Ω, R2 = 192195Ω, R3 = 750.643Ω пайдаланыңыз, бұл біз жасадық!
3. Төмен өту сүзгісі - бұл біз анықтаған жиіліктегі шуды жою, ол ЭКГ үшін 250 Гц жиілік жиілігін қолданған дұрыс. Осы жиілік пен 11-15 теңдеулерінен (суретті қараңыз) төмен өту сүзгісі үшін резистор мәндерін есептеңіз. R3 -ті ашық схема ретінде, ал R4 -ті қысқа тұйықталу ретінде қарастырыңыз. K = 1.

PSpice -те ашыңыз және жасаңыз:

Барлық осы мәндермен PSpice іске қосыңыз - 'OrCAD Capture CIS' ашыңыз, егер Cadence Project Choices терезесінде 'Allegro PCB Design CIS L' таңдаңыз, файлды ашыңыз -> жаңа жобаны ашыңыз, оған ақылды атау теріңіз, жоба жасауды таңдаңыз. Аналогты немесе аралас А/Қ көмегімен «бос жоба жасауды» таңдаңыз, жобаңыздың файлдық ұйымының суретін қараңыз, әр бетте сіз компоненттерді (резисторлар, конденсаторлар және т.б.) құрастыру үшін оның бөлігін құрастырасыз. қалаған тізбек. Әр бетте сіз жоғарғы жағындағы құралдар тақтасындағы бөлікті нұқып, резисторларды, конденсаторларды, жұмыс күшейткіштерін және қуат көздерін іздейтін бөліктердің тізімін ашу үшін бөлікті басасыз. Сондай -ақ, ашылмалы орыннан сіз қажет жер мен сымды таба аласыз. Енді сіз есептеген мәндерді қолдана отырып, суреттерде көрсетілгендей әр парағыңызды жасаңыз.

Сүзу мен күшейту іс жүзінде сіз күткендей болатынын қамтамасыз ету үшін айнымалы ток тазартқышты іске қосыңыз

Мен осы модельдеуге екі фигура қостым. 60 Гц жиілікке және жоғары жиілікті сүзуге назар аударыңыз. Сызық түстері мен таңбаланған ізді өрнектерге назар аударыңыз, мен бүкіл тізбекті бірге жүгірдім, сондықтан сіз не күтуіңіз керек екенін түсінуіңіз керек!

Сырғыту үшін PSpice таңдаңыз, PSpice, Жаңа модельдеу профилі түймесін басыңыз, айнымалы ток тазалауға өзгертіңіз және іске қосу, тоқтату және өсу мәніне қажетті жиіліктерді орнатыңыз. PSpice мәзірінің астында мен маркерді, кеңейтілген және кернеулі дБ таңдап алдым және маркерді шығуды өлшегім келетін жерге қойдым, бұл кейінірек ізді өзгертуді қолмен қосудың қажеті жоқ. Содан кейін PSpice мәзір батырмасына қайта оралып, Іске қосу пәрменін таңдаңыз немесе F11 пернесін басыңыз. Тренажер ашылғанда, қажет болған жағдайда: іздеуді нұқыңыз, із қосыңыз, содан кейін U6 опампасының OUT істікшесіндегі кернеудің шығуын өлшегіңіз келсе, V (U6: OUT) сияқты сәйкес іздеу өрнегін таңдаңыз.

Аспаптық күшейткіш: uA741 үш күшейткіш үшін де қолданыңыз және суреттердегі күшейткіштерге олардың тиісті белгісіне сәйкес сілтеме жасалғанына назар аударыңыз (U4, U5, U6). Бұл жағдайда кернеудің шығысы кіріске (1000) тең болуы үшін тізбектің жиілік реакциясын есептеу үшін PSpice жүйесінде айнымалы токты іске қосыңыз.

Шұңқырлы сүзгі: суретте көрсетілгендей бір кернеулі айнымалы ток көзін және uA741 жұмыс күшейткішін қолданыңыз және сіз қолданатын әрбір амперді (15В тұрақты токпен) қуаттандыратынына көз жеткізіңіз. Айнымалы ток тазартқышты іске қосыңыз, мен электр сигналдарын сүзетін 60 Гц жиілігінің болуын қамтамасыз ету үшін 30 -дан 100 Гц -ке 10 Гц -ке дейін қадамдарды ұсынамын.

Төмен өту сүзгісі: uA741 жұмыс күшейткішін қолданыңыз (суретті қараңыз, біздікі U1 деп белгіленген) және тізбекке айнымалы токтың бір вольтты жеткізіңіз. Жұмыс кернеуін 15 вольтты тұрақты токпен қосыңыз және суретте көрсетілген сыммен қосылатын U1 6 -штырында айнымалы токтың шығуын өлшеңіз. Айнымалы токты тазарту тізбектің жиілік реакциясын есептеу үшін пайдаланылады және кернеудің бір кірісі арқылы кернеудің шығысы 1-ге тең болуы керек.

2 -қадам: Нан тақтасында физикалық схеманы құрыңыз

Бұл қиын болуы мүмкін, бірақ мен саған толық сенемін! Мұны нан тақтасында құру үшін сіз жасаған және тексерілген мәндер мен схемаларды қолданыңыз (олардың симулятордың арқасында жұмыс істейтінін білесіз деп үміттенемін). Толық тізбекті сынау үшін, әрбір тізбекті тексеру үшін, әрбір бөлікті жалғау үшін (аспаптық күшейткіштің төменгі өткізгішке дейінгі фильтрді) қосатынына көз жеткізіңіз. V+ және V- (15V) әр амперге жеткізіңіз, және сіз сүзгілеу сияқты нәрселердің жұмыс істейтініне көз жеткізу үшін осциллографтың көмегімен әр түрлі жиіліктегі шығуды өлшеу арқылы жеке кезеңдерді тексере аласыз. Бүкіл тізбекті бірге тексергенде, сіз функционалды генераторда орнатылған жүрек толқынын қолдана аласыз, содан кейін сіз күтілгендей QRS толқын пішінін көресіз. Кішкене көңілсіздік пен табандылықпен сіз оны физикалық түрде құра білуіңіз керек!

Біз сондай -ақ PSpice -те суретте көрсетілмеген оп -ампер күштеріне параллель 0.1uF жолақты конденсаторды қостық.

Жеке компоненттерді құруда бірнеше кеңестер берілген:

Аспаптық күшейткіш үшін, егер сіз қатенің көзін табуда қиындыққа тап болсаңыз, үш жұмыс күшейткіштің әрбір жеке шығуын тексеріңіз. Сонымен қатар, қуат көзі мен кірістің дұрыс жеткізілгеніне көз жеткізіңіз. Қуат көзі 4 және 7 түйреуішке, ал кернеудің кірісі мен шығысы бірінші сатыдағы ампердің 3 түйреуішіне қосылуы керек.

Сүзгі 60 Гц жиілікте сүзгіден өтуі үшін резистор мәндеріне кейбір түзетулер енгізу қажет болды. Егер сүзу 60 Гц жоғары болса, резисторлардың біреуін жоғарылату (біз 2 -ді жөндедік) сүзгі жиілігін төмендетуге көмектеседі (өсуге қарама -қарсы).

Төмен өту сүзгісі үшін резистордың қарапайым мәндерін қамтамасыз ету (сізде бар резисторлар) қатені айтарлықтай төмендетеді!

3 -қадам: ЭКГ толқындық формасын салу және жүрек соғу жиілігін есептеу үшін LabVIEW (минутына соққы)

LabVIEW -те сіз блок -схема мен пайдаланушы интерфейсін жасайсыз, ол ЭКГ толқындық түрін графикте уақыт функциясы ретінде көрсетеді және жүрек соғу жиілігінің цифрлық нөмірін көрсетеді. Мен labVIEW -де нені құру керектігі туралы суретті тіркедім, іздеу жолағын қажетті компоненттерді табуға болады. Бұған шыдамды болыңыз, сонда сіз әр бөлік туралы оқуға көмектесуді пайдалана аласыз.

Сіздің схемаңызды компьютерге қосу үшін физикалық DAQ қолданғаныңызға көз жеткізіңіз. DAQ көмекшісінде іріктеуді үздіксіз және 4k етіп өзгертіңіз.

Диаграмманы құру бойынша бірнеше кеңестер:

• DAQ Assistant қосылымы «деректер» мен «тоқтатудан» шығады.
• DAQ көмекшісі минималды максимумда «толқын пішінін қосады».
• Тінтуірдің оң жақ түймешігімен нұқыңыз, жасаңыз және суретте көрсетілген сан үшін тұрақты мәнді таңдаңыз.
• Тінтуірдің оң жақ түймесімен нұқыңыз, элементті таңдаңыз, dt, бұл t0 -ді dt -ге өзгерту
• Шыңды анықтаудың «сигнал кіруі», «табалдырығы» және «ені» бойынша байланыстары бар.
• «Массивке» және тұрақтыларға «индекске» қосылыңыз
• DAQ тақтасының физикалық түйреуіші (яғни 8 -аналог) DAQ көмекшісінде таңдалған түйреуіш екеніне көз жеткізіңіз (суретті қараңыз)

Қосылған 'IMG_9875.mov' бейнесі ЭКГ толқындық формасын көрсететін LabVIEW VI қолданушы интерфейсін көрсететін компьютерге және кіріс негізінде минутына соққыларды көрсетеді (жиіліктің өзгергені туралы хабарландыру ретінде тыңдаңыз).

Дизайнды 1 Гц жиілікті енгізу арқылы тексеріңіз және оның толқындық формасы таза (салыстыру үшін суретті қараңыз), бірақ сіз минутына 60 соққы оқуыңыз керек!

Сіз жасаған нәрсені адамның ЭКГ сигналын оқу үшін де қолдануға болады, себебі бұл медициналық құрылғы емес. Дизайнға берілген токқа қарамастан, сіз әлі де абай болуыңыз керек. Беттік электродтар бекітілген: сол жақ тобыққа оң, оң білекке теріс және оң жақ тобыққа жер бекітеді. LabVIEW бағдарламасын іске қосыңыз, сонда сіз толқын формасы графикте және минутына соққылар сандық дисплей қорабында пайда болатынын көресіз.