Elektrokardiogramm-Schaltung - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Hallo! Dies wurde von zwei Studenten geschrieben, die derzeit Biomedizintechnik studieren und einen Kurs für Schaltkreise belegen. Wir haben ein EKG erstellt und freuen uns sehr, es mit Ihnen zu teilen.

Lieferungen

Die Grundversorgung, die für dieses Projekt benötigt wird, umfasst:

- Steckbrett

- Widerstände

- Kondensatoren

- Operationsverstärker (LM741)

- Elektroden

Sie benötigen außerdem die aufgeführten elektronischen Geräte:

- Gleichstromquelle

- Funktionsgenerator

- Oszilloskop

Schritt 1: Differenzverstärker

Warum ist es notwendig?

Der Differenzverstärker wird verwendet, um das Signal zu verstärken und das Rauschen zu reduzieren, das zwischen den Elektroden auftreten kann. Das Rauschen wird reduziert, indem die Spannungsdifferenz von den beiden Elektroden genommen wird. Um die notwendigen Widerstandswerte zu bestimmen, haben wir uns entschieden, dass der Verstärker eine Verstärkung von 1000 erzeugen soll.

Wie ist es aufgebaut?

Um dies zu erreichen, wurde die Verstärkungsgleichung für einen Differenzverstärker verwendet, die Mathematik finden Sie im beigefügten Bild. Bei der Berechnung wurde festgestellt, dass die Widerstandswerte 100Ω und 50kΩ betragen sollten. Da wir jedoch keinen 50 kΩ Widerstand hatten, haben wir 47 kΩ verwendet. Der Aufbau des Differenzverstärkers sowohl für LTSpice als auch für das Steckbrett ist auf dem beigefügten Foto zu sehen. Der Differenzverstärker benötigt ein Steckbrett zum Anschluss, 1 x 100Ω Widerstand, 6 x 47kΩ Widerstand, 3 LM741 Operationsverstärker und viele Überbrückungsdrähte.

Wie testet man es?

Beim Testen in LTSpice und auf dem physischen Gerät möchten Sie sicherstellen, dass eine Verstärkung von 1000 erzielt wird. Dies erfolgt mithilfe der Verstärkungsgleichung von Verstärkung = Vout/Vin. Vout ist die Spitze-zu-Spitze-Ausgabe und Vin ist die Spitze-zu-Spitze-Eingabe. Um zum Beispiel den Funktionsgenerator zu testen, würde ich 10 mV Spitze-Spitze in die Schaltung eingeben, also sollte ich eine Ausgabe von 10 V erhalten.

Schritt 2: Kerbfilter

Warum ist es notwendig?

Ein Notch-Filter wird erstellt, um Rauschen zu eliminieren. Da die meisten Gebäude über einen 60-Hz-Wechselstrom verfügen, der Rauschen im Stromkreis verursachen würde, haben wir uns entschieden, einen Kerbfilter zu entwickeln, der das Signal bei 60 Hz dämpft.

Wie baut man es?

Das Design des Kerbfilters basiert auf dem obigen Bild. Die Gleichungen zur Berechnung der Werte für die Widerstände und Kondensatoren sind ebenfalls oben aufgeführt. Wir haben uns für eine Frequenz von 60 Hz und 0,1 uF-Kondensatoren entschieden, da dies ein Kondensatorwert ist, den wir hatten. Bei der Berechnung der Gleichungen haben wir festgestellt, dass R1 & R2 gleich 37,549 kΩ sind und der Wert für R3 9021,19 Ω beträgt. Um diese Werte auf unserer Platine erzeugen zu können, haben wir 39 kΩ für R1 und R2 und 9,1 kΩ für R3 verwendet. Insgesamt benötigt der Notchfilter 1 x 9,1 kΩ Widerstand, 2 x 39kΩ Widerstand, 3 x 0,1 uF Kondensator, 1 LM741 Operationsverstärker und jede Menge Überbrückungsdrähte. Der Schaltplan für den Aufbau des Kerbfilters für LTSpice und das Steckbrett sind in einem Bild oben.

Wie testet man es?

Die Funktionalität des Notch-Filters kann durch einen AC-Sweep getestet werden. Alle Frequenzen außer 60 Hz sollten den Filter passieren. Dies kann sowohl auf LTSpice als auch auf der physischen Schaltung getestet werden

Schritt 3: Tiefpassfilter

Warum ist es notwendig?

Ein Tiefpassfilter wird benötigt, um die Geräusche von Ihrem Körper und dem uns umgebenden Raum zu reduzieren. Bei der Festlegung der Grenzfrequenz für den Tiefpassfilter war es wichtig zu berücksichtigen, dass ein Herzschlag von 1 Hz bis 3 Hz auftritt und die Wellenformen, aus denen das EKG besteht, zwischen 1 und 50 Hz liegen.

Wie baut man es?

Wir haben uns entschieden, die Cutoff-Frequenz auf 60 Hz einzustellen, damit wir alle nützlichen Signale erhalten, aber auch das unnötige Signal herausschneiden können. Bei der Bestimmung der Grenzfrequenz von 70 Hz haben wir uns für den Kondensatorwert von 0,15 uF entschieden, da wir ihn in unserem Kit hatten. Die Berechnung für den Kondensatorwert ist im Bild zu sehen. Das Ergebnis der Berechnung war ein Widerstandswert von 17,638 kΩ. Wir haben uns für einen 18-kΩ-Widerstand entschieden. Der Tiefpassfilter benötigt 2 x 18kΩ Widerstand, 2x0,15 uF Kondensator, 1 LM741 Operationsverstärker und viele Überbrückungsdrähte. Das Schema des Tiefpassfilters für LTSpice und die physische Schaltung finden Sie im Bild.

Wie testet man es?

Der Tiefpassfilter kann mit einem AC-Sweep sowohl auf LTSpice als auch auf der physischen Schaltung getestet werden. Wenn Sie den AC-Sweep ausführen, sollten Sie sehen, dass die Frequenzen unterhalb der Cutoff unverändert sind, aber die Frequenzen oberhalb der Cutoff werden herausgefiltert.

Schritt 4: Projekt abschließen

Wenn die Schaltung abgeschlossen ist, sollte sie wie im Bild oben aussehen! Sie sind nun bereit, die Elektroden an Ihrem Körper anzubringen und Ihr EKG zu sehen! Neben dem Oszilloskop kann das EKG auch auf Arduino angezeigt werden.