Elektrocardiogramcircuit: 4 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Hallo! Dit is geschreven door twee studenten die momenteel Biomedical Engineering studeren en een circuitles volgen. We hebben een ECG gemaakt en we zijn erg enthousiast om dit met u te delen.

Benodigdheden

De basisbenodigdheden die nodig zijn voor dit project zijn onder meer:

- breadboard

- weerstanden

- condensatoren

- operationele versterkers (LM741)

- elektroden

U hebt ook de volgende elektronische apparatuur nodig:

- Gelijkstroomvoeding

- Functiegenerator

- Oscilloscoop

Stap 1: Differentiële versterker

Waarom is het nodig?

De differentiële versterker wordt gebruikt om het signaal te versterken en de ruis die kan optreden tussen de elektroden te verminderen. De ruis wordt verminderd door het verschil in spanning van de twee elektroden te nemen. Om de benodigde weerstandswaarden te bepalen, besloten we dat de versterker een versterking van 1000 wilde creëren.

Hoe is het gebouwd?

Om dit te bereiken, werd de versterkingsvergelijking voor een differentiële versterker gebruikt, de wiskunde is te vinden in de bijgevoegde afbeelding. Bij het berekenen bleek dat de weerstandswaarden 100Ω en 50kΩ moesten zijn. Omdat we echter geen weerstand van 50 kΩ hadden, hebben we 47 kΩ gebruikt. De opstelling van de differentiële versterker voor zowel LTSpice als het breadboard is te zien op de bijgevoegde foto. De differentiële versterker heeft een breadboard nodig om hem op aan te sluiten, 1 x 100Ω weerstand, 6 x 47kΩ weerstand, 3 LM741 operationele versterkers en veel jumperdraden.

Hoe het te testen?

Wanneer u in LTSpice en op het fysieke apparaat test, wilt u er zeker van zijn dat het een versterking van 1000 produceert. Dit wordt gedaan door de versterkingsvergelijking van versterking = Vout/Vin te gebruiken. Vout is de piek-tot-piek-output en Vin is de piek-tot-piek-invoer. Om bijvoorbeeld op de functiegenerator te testen, zou ik 10 mV piek-tot-piek in het circuit invoeren, dus ik zou een output van 10V moeten krijgen.

Stap 2: Inkepingsfilter

Waarom is het nodig?

Er is een notch-filter gemaakt om ruis te elimineren. Aangezien de meeste gebouwen een wisselstroom van 60 Hz hebben, wat ruis in het circuit zou veroorzaken, hebben we besloten een inkepingsfilter te maken dat het signaal bij 60 Hz dempt.

Hoe het te bouwen?

Het ontwerp van het inkepingsfilter is gebaseerd op de bovenstaande afbeelding. De vergelijkingen om de waarden voor de weerstanden en condensatoren te berekenen staan ook hierboven vermeld. We hebben besloten om een frequentie van 60 Hz en 0.1 uF condensatoren te gebruiken, omdat het een condensatorwaarde is die we hadden. Bij het berekenen van de vergelijkingen vonden we dat de R1 & R2 gelijk waren aan 37.549 kΩ en dat de waarde voor R3 9021.19 is. Om deze waarden op onze printplaat te kunnen maken, gebruikten we 39 kΩ voor R1 en R2 en 9,1 kΩ voor R3. Over het algemeen heeft het notch-filter 1 x 9.1kΩ-weerstand, 2 x 39kΩ-weerstand, 3 x 0.1 uF-condensator, 1 LM741-operationele versterkers en veel jumperdraden nodig. Het schema voor de installatie van het notch-filter voor zowel LTSpice als het breadboard is in een afbeelding hierboven.

Hoe het te testen?

De functionaliteit van het notch-filter kan worden getest door een AC-sweep uit te voeren. Alle frequenties moeten door het filter gaan, behalve 60 Hz. Dit kan worden getest op zowel LTSpice als het fysieke circuit

Stap 3: Laagdoorlaatfilter

Waarom is het nodig?

Een laagdoorlaatfilter is nodig om het geluid van uw lichaam en de ruimte om ons heen te verminderen. Bij het bepalen van de afsnijfrequentie voor het laagdoorlaatfilter was het belangrijk om te overwegen dat een hartslag optreedt van 1 Hz - 3 Hz en dat de golfvormen waaruit het ECG bestaat bijna 1-50 Hz zijn.

Hoe het te bouwen?

We besloten om de afsnijfrequentie 60 Hz te maken, zodat we nog steeds alle nuttige signalen konden krijgen, maar ook het onnodige signaal konden uitschakelen. Bij het bepalen van de afsnijfrequentie 70 Hz zou zijn, hebben we besloten om de condensatorwaarde van 0,15 uF te kiezen, omdat deze er een is die we in onze kit hadden. De berekening voor de condensatorwaarde is te zien in de afbeelding. De uitkomst van de berekening was een weerstandswaarde van 17.638 kΩ. We kozen ervoor om een weerstand van 18 kΩ te gebruiken. Het laagdoorlaatfilter vereist 2 x 18kΩ weerstand, 2x0,15 uF condensator, 1 LM741 operationele versterkers en veel jumperdraden. Het schema van het laagdoorlaatfilter voor zowel de LTSpice als het fysieke circuit is te vinden in de afbeelding.

Hoe het te testen?

Het laagdoorlaatfilter kan worden getest met een AC-sweep op zowel LTSpice als fysieke circuits. Wanneer u de AC-sweep uitvoert, zou u moeten zien dat de frequenties onder de cutoff ongewijzigd zijn, maar de frequenties boven de cutoff worden uitgefilterd.

Stap 4: Project voltooien

Wanneer het circuit voltooid is, zou het eruit moeten zien als de afbeelding hierboven! U bent nu klaar om de elektroden op uw lichaam te bevestigen en uw ECG te bekijken! Naast de oscilloscoop kan het ECG ook op Arduino worden weergegeven.