Einfacher EKG- und Herzfrequenz-Detektor - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

HINWEIS: Dies ist kein Medizinprodukt. Dies dient nur zu Bildungszwecken mit simulierten Signalen. Wenn Sie diesen Stromkreis für echte EKG-Messungen verwenden, stellen Sie bitte sicher, dass der Stromkreis und die Stromkreis-zu-Gerät-Verbindungen geeignete Isolationstechniken verwenden

Heute werden wir durch das grundlegende Elektrokardiographie-Schaltungsdesign (EKG) gehen und eine Schaltung erstellen, um das elektrische Signal Ihres Herzens zu verstärken und zu filtern. Dann können wir die Herzfrequenz mit der labVIEW-Software messen. Während des gesamten Prozesses gebe ich detaillierte Anweisungen zu Elementen des Schaltungsdesigns und warum sie aufgetreten sind, sowie ein wenig biologisches Hintergrundwissen. Das Titelbild ist das elektrische Signal meines Herzens. Am Ende dieser Anleitung können Sie auch Ihre messen. Lass uns anfangen!

EKG ist ein nützliches Diagnosewerkzeug für medizinisches Fachpersonal. Es kann verwendet werden, um eine Vielzahl von Herzerkrankungen zu diagnostizieren, vom einfachen Herzinfarkt (Myokardinfarkt) bis hin zu fortgeschritteneren Herzerkrankungen wie Vorhofflimmern, die Menschen einen Großteil ihres Lebens unbemerkt verbringen können. Bei jedem Herzschlag arbeitet Ihr autonomes Nervensystem hart daran, Ihr Herz schlagen zu lassen. Es sendet elektrische Signale an das Herz, die vom SA-Knoten zum AV-Knoten und dann synchron zum linken und rechten Ventrikel und schließlich vom Endokard zum Epikard und den Purkinje-Fasern, der letzten Verteidigungslinie des Herzens, wandern. Dieser komplexe biologische Kreislauf kann überall auf seinem Weg Probleme haben, und das EKG kann verwendet werden, um diese Probleme zu diagnostizieren. Ich könnte den ganzen Tag über Biologie reden, aber es gibt bereits ein Buch zu diesem Thema, also lesen Sie "EKG-Diagnose in der klinischen Praxis" von Nicholas Peters, Michael Gatzoulis und Romeo Vecht. Dieses Buch ist extrem einfach zu lesen und zeigt den erstaunlichen Nutzen eines EKGs.

Um das EKG zu erstellen, benötigen Sie die folgenden Komponenten oder akzeptable Substitutionen.

• Für Schaltungsdesign:

  • Steckbrett
  • OP-Verstärker x 5
  • Widerstände
  • Kondensatoren
  • Drähte
  • Krokodilklemmen oder andere Methoden zur Stimulation und Messung
  • BNC-Kabel
  • Funktionsgenerator
  • Oszilloskop
  • Gleichstromversorgung oder Batterien, wenn Sie praktisch sind

• Zur Herzfrequenzerkennung:

  • LabView
  • DAQ-Board

• Für biologische Signalmessung*

  • Elektroden
  • Krokodilklemmen oder Elektrodenkabel

*Ich habe oben einen Warnhinweis eingefügt, und ich werde die Gefahren elektrischer Komponenten für den menschlichen Körper ein wenig mehr besprechen. Schließen Sie dieses EKG nicht an sich selbst an, es sei denn, Sie haben sichergestellt, dass Sie geeignete Isolationstechniken anwenden. Das direkte Anschließen von netzstromversorgten Geräten wie Netzteilen, Oszilloskopen und Computern an den Stromkreis kann im Falle eines Stromstoßes dazu führen, dass große Ströme durch den Stromkreis fließen. Bitte isolieren Sie den Stromkreis vom Stromnetz, indem Sie Batteriestrom und andere Isolationstechniken verwenden.

Als nächstes werde ich den lustigen Teil besprechen; Schaltungsdesignelemente!

Schritt 1: Spezifikationen für das Schaltungsdesign

Jetzt werde ich über Schaltungsdesign sprechen. Ich werde keine Schaltpläne diskutieren, da diese nach diesem Abschnitt angegeben werden. Dieser Abschnitt ist für Leute, die verstehen möchten, warum wir die von uns verwendeten Komponenten ausgewählt haben.

Das obige Bild aus meinem Laborhandbuch an der Purdue University gibt uns fast alles, was wir wissen müssen, um eine grundlegende EKG-Schaltung zu entwerfen. Dies ist die Frequenzzusammensetzung eines ungefilterten EKG-Signals mit einer generischen "Amplitude" (y-Achse), die sich zu Vergleichszwecken auf eine dimensionslose Zahl bezieht. Lassen Sie uns jetzt über Design sprechen!

A. Instrumentenverstärker

Der Instrumentenverstärker wird die erste Stufe in der Schaltung sein. Dieses vielseitige Tool puffert Signale, reduziert Gleichtaktrauschen und verstärkt das Signal.

Wir nehmen ein Signal vom menschlichen Körper. Bei einigen Schaltungen können Sie Ihre Messquelle als Stromversorgung verwenden, da eine ausreichende Ladung ohne Beschädigungsrisiko zur Verfügung steht. Wir möchten jedoch unsere menschlichen Probanden nicht verletzen, daher müssen wir das Signal, das wir messen möchten, zwischenspeichern. Ein Instrumentenverstärker ermöglicht es, biologische Signale zu puffern, da die Op Amp-Eingänge theoretisch eine unendliche Impedanz haben (dies ist in der Praxis nicht der Fall, aber die Impedanz ist normalerweise ausreichend hoch), was bedeutet, dass (theoretisch) kein Strom in den Eingang fließen kann Terminals.

Der menschliche Körper hat Geräusche. Signale von Muskeln können dazu führen, dass sich dieses Rauschen in EKG-Signalen manifestiert. Um dieses Rauschen zu reduzieren, können wir einen Differenzverstärker verwenden, um das Gleichtaktrauschen zu reduzieren. Im Wesentlichen möchten wir das Rauschen, das in Ihrer Unterarmmuskulatur an zwei Elektrodenplatzierungen vorhanden ist, herausfiltern. Ein Instrumentierungsverstärker enthält einen Differenzverstärker.

Signale im menschlichen Körper sind klein. Wir müssen diese Signale verstärken, damit sie mit elektrischen Messgeräten mit einer geeigneten Auflösung gemessen werden können. Ein Instrumentenverstärker liefert die dazu notwendige Verstärkung. Weitere Informationen zu Instrumentenverstärkern finden Sie unter dem beigefügten Link.

www.electronics-tutorial.net/amplifier/instrumentation-amplifier/index.html

B. Kerbfilter

Stromleitungen in den USA erzeugen ein "Netzbrummen" oder "Netzrauschen" bei genau 60 Hz. In anderen Ländern geschieht dies bei 50 Hz. Wir können dieses Rauschen sehen, wenn wir uns das Bild oben ansehen. Da unser EKG-Signal noch etwas im interessierenden Band liegt, wollen wir dieses Rauschen entfernen. Um dieses Rauschen zu entfernen, kann ein Notch-Filter verwendet werden, der die Verstärkung bei Frequenzen innerhalb der Notch reduziert. Einige Leute interessieren sich möglicherweise nicht für die höheren Frequenzen im EKG-Spektrum und entscheiden sich möglicherweise dafür, einen Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz unter 60 Hz zu erstellen. Da wir jedoch auf Nummer sicher gehen und möglichst viel vom Signal empfangen wollten, wurde stattdessen ein Notch-Filter und ein Tiefpassfilter mit höherer Grenzfrequenz gewählt.

Weitere Informationen zu Kerbfiltern finden Sie unter dem beigefügten Link.

www.electronics-tutorials.ws/filter/band-st…

C. Butterworth VCVS-Tiefpassfilter zweiter Ordnung

Die Frequenzzusammensetzung eines EKG-Signals reicht nur so weit. Wir wollen Signale bei höheren Frequenzen eliminieren, da sie für unsere Zwecke einfach Rauschen sind. Signale von Ihrem Handy, Bluetooth-Gerät oder Laptop sind überall und diese Signale würden ein inakzeptables Rauschen im EKG-Signal verursachen. Sie können mit einem Butterworth-Tiefpassfilter eliminiert werden. Unsere gewählte Grenzfrequenz war 220 Hz, was im Nachhinein etwas hoch war. Wenn ich diese Schaltung erneut erstellen würde, würde ich eine viel niedrigere Grenzfrequenz wählen und vielleicht sogar mit einer Grenzfrequenz unter 60 Hz experimentieren und stattdessen einen Filter höherer Ordnung verwenden!

Dieser Filter ist zweiter Ordnung. Dies bedeutet, dass die Verstärkung mit einer Rate von 40 dB/Dekade „abläuft“anstatt wie bei einem Filter erster Ordnung mit 20 dB/Dekade. Dieser steilere Abfall sorgt für eine stärkere Abschwächung des Hochfrequenzsignals.

Ein Butterworth-Filter wurde gewählt, da es im Durchlassband „maximal flach“ist, d. h. es gibt keine Verzerrungen im Durchlassband. Wenn Sie interessiert sind, enthält dieser Link großartige Informationen zum grundlegenden Design von Filtern zweiter Ordnung:

www.electronics-tutorials.ws/filter/second-…

Nachdem wir über das Schaltungsdesign gesprochen haben, können wir mit dem Bau beginnen.

Schritt 2: Konstruieren Sie den Instrumentierungsverstärker

Diese Schaltung puffert den Eingang, subtrahiert Gleichtaktrauschen und verstärkt das Signal mit einer Verstärkung von 100. Das Schaltungsschema und die zugehörigen Konstruktionsgleichungen sind oben gezeigt. Dies wurde mit OrCAD Pspice Designer erstellt und mit Pspice simuliert. Der Schaltplan ist beim Kopieren aus OrCAD etwas verschwommen, daher entschuldige ich mich dafür. Ich habe das Bild bearbeitet, um hoffentlich einige der Widerstandswerte etwas klarer zu machen.

Denken Sie daran, dass beim Erstellen von Schaltungen angemessene Widerstands- und Kapazitätswerte so gewählt werden sollten, dass die praktische Impedanz der Spannungsquelle, die praktische Impedanz des Spannungsmessgeräts und die physikalische Größe der Widerstände und Kondensatoren berücksichtigt werden.

Die Bemessungsgleichungen sind oben aufgeführt. Ursprünglich wollten wir, dass die Verstärkung des Instrumentenverstärkers x1000 beträgt, und wir haben diese Schaltung erstellt, um simulierte Signale zu verstärken. Bei der Befestigung an unserem Körper wollten wir die Verstärkung jedoch aus Sicherheitsgründen auf 100 reduzieren, da Breadboards nicht gerade die stabilsten Schaltungsschnittstellen sind. Dies geschah, indem der Hot-Swap-Widerstand 4 um den Faktor zehn reduziert wurde. Im Idealfall wäre Ihre Verstärkung aus jeder Stufe des Instrumentenverstärkers gleich, aber stattdessen wurde unsere Verstärkung 31,6 für Stufe 1 und 3,16 für Stufe 2, was eine Verstärkung von 100 ergibt. Ich habe den Schaltplan für eine Verstärkung von 100 beigefügt statt 1000. Sie sehen simulierte und biologische Signale immer noch einwandfrei mit dieser Verstärkung, aber für digitale Komponenten mit niedriger Auflösung ist dies möglicherweise nicht ideal.

Beachten Sie, dass im Schaltplan die Wörter "Masseeingang" und "positiver Eingang" in orangefarbenem Text gezeichnet sind. Ich habe den Funktionseingang versehentlich dort platziert, wo der Boden sein soll. Bitte setzen Sie Masse, wo "Masseeingang" vermerkt ist, und die Funktion, wo "positiver Eingang" notiert ist.

• Zusammenfassung

  • Stufe 1 Verstärkung - 31,6
  • Stufe 2 Verstärkung - 3,16 aus Sicherheitsgründen

Schritt 3: Konstruieren Sie den Notch-Filter

Dieser Kerbfilter eliminiert 60 Hz-Rauschen von US-Stromleitungen. Da dieser Filter bei genau 60 Hz einkerben soll, ist die Verwendung der richtigen Widerstandswerte entscheidend.

Die Bemessungsgleichungen sind oben aufgeführt. Es wurde ein Gütefaktor von 8 verwendet, was zu einer steileren Spitze bei der Dämpfungsfrequenz führt. Es wurde eine Mittenfrequenz (f0) von 60 Hz mit einer Bandbreite (beta) von 2 rad/s verwendet, um eine Dämpfung bei Frequenzen bereitzustellen, die geringfügig von der Mittenfrequenz abweichen. Denken Sie daran, dass der griechische Buchstabe omega (w) in der Einheit rad/s angegeben ist. Um von Hz in rad/s umzuwandeln, müssen wir unsere Mittenfrequenz, 60 Hz, mit 2*pi multiplizieren. Beta wird auch in rad/s gemessen.

• Werte für Bemessungsgleichungen

  • w0 = 376,99 rad/s
  • Beta (B) = 2 rad/s
  • Q = 8
• Von hier aus wurden vernünftige Werte für Widerstand und Kapazität gewählt, um die Schaltung aufzubauen.

Schritt 4: Konstruieren Sie den Tiefpassfilter

Ein Tiefpassfilter wird verwendet, um hohe Frequenzen zu eliminieren, an denen wir nicht interessiert sind, wie Handysignale, Bluetooth-Kommunikation und WLAN-Rauschen. Ein aktiver VCVS-Butterworth-Filter zweiter Ordnung liefert ein maximal flaches (sauberes) Signal im Bandpassbereich mit einem Roll-Off von -40 dB/Dekade im Dämpfungsbereich.

Die Bemessungsgleichungen sind oben aufgeführt. Diese Gleichungen sind etwas lang, also denken Sie daran, Ihre Mathematik zu überprüfen! Beachten Sie, dass b- und a-Werte sorgfältig gewählt werden, um ein flaches Signal im Bassbereich und eine gleichmäßige Dämpfung im Roll-Off-Bereich bereitzustellen. Weitere Informationen zur Entstehung dieser Werte finden Sie unter dem Link in Schritt 2, Abschnitt C, "Tiefpassfilter".

Die Spezifikation für C1 ist ziemlich zweideutig, da sie einfach kleiner als ein Wert ist, der auf C2 basiert. Ich habe berechnet, dass es kleiner oder gleich 22 nF ist, also habe ich 10 nF gewählt. Die Schaltung funktionierte gut und der -3 db-Punkt lag sehr nahe bei 220 Hz, daher würde ich mir darüber keine allzu großen Sorgen machen. Erinnern Sie sich noch einmal daran, dass die Kreisfrequenz (wc) in rad/s gleich der Grenzfrequenz in Hz (fc) * 2pi ist.

• Designeinschränkungen

  • K (Verstärkung) = 1
  • b = 1
  • a = 1,4142
  • Grenzfrequenz - 220 Hz

Die Grenzfrequenz von 220 Hz erschien mir etwas hoch. Wenn ich dies noch einmal tun würde, würde ich es wahrscheinlich näher an 100 Hz bringen oder sogar mit einem Tiefpass höherer Ordnung mit einem Cutoff von 50 Hz herumspielen. Ich ermutige Sie, verschiedene Werte und Schemata auszuprobieren!

Schritt 5: Instrumentenverstärker, Notch-Filter und Tiefpassfilter anschließen

Verbinden Sie nun einfach den Ausgang des Instrumentenverstärkers mit dem Eingang des Notchfilters. Verbinden Sie dann den Ausgang des Notchfilters mit dem Eingang des Tiefpassfilters.

Ich habe auch Bypass-Kondensatoren von der Gleichstromversorgung zur Masse hinzugefügt, um etwas Rauschen zu beseitigen. Diese Kondensatoren sollten für jeden Operationsverstärker den gleichen Wert und mindestens 0,1 uF haben, aber ansonsten können Sie jeden vernünftigen Wert verwenden.

Ich habe versucht, eine kleine Hüllkurvenschaltung zu verwenden, um das verrauschte Signal zu "glätten", aber es funktionierte nicht wie beabsichtigt, und ich hatte wenig Zeit, also habe ich diese Idee verschrottet und stattdessen digitale Verarbeitung verwendet. Dies wäre ein cooler zusätzlicher Schritt, wenn Sie neugierig sind!

Schritt 6: Schalten Sie die Schaltung ein, geben Sie eine Wellenform ein und messen Sie

Anleitung zur Stromversorgung des Stromkreises und zur Durchführung von Messungen. Da jedes Gerät anders ist, kann ich Ihnen nicht einfach sagen, wie Sie eingeben und messen. Ich habe hier grundlegende Anweisungen gegeben. Ein Beispiel-Setup finden Sie im vorherigen Diagramm.

1. Schließen Sie den Funktionsgenerator an den Instrumentenverstärker an.

   • Positiver Clip zum unteren Operationsverstärker im Diagramm des Instrumentenverstärkers
   • Negativer Clip an Masse.
   • Schließen Sie den Eingang des oberen Operationsverstärkers im Diagramm des Instrumentenverstärkers mit Masse kurz. Dies liefert eine Referenz für das eingehende Signal. (Bei biologischen Signalen ist dieser Eingang eine Elektrode mit der Absicht, das Gleichtaktrauschen zu reduzieren.)

2. Verbinden Sie den positiven Clip des Oszilloskops mit dem Ausgang der Endstufe (Ausgang des Tiefpassfilters).

   • positiver Clip zum Ausgang in der Endstufe
   • negativer Clip an Masse
3. Schließen Sie Ihr DC-Netzteil an die Schienen an und stellen Sie sicher, dass jeder Op-Amp-Stromeingang mit der entsprechenden Schiene kurzgeschlossen ist.

4. Verbinden Sie die Erdung Ihres DC-Netzteils mit der verbleibenden unteren Schiene, um eine Referenz für Ihr Signal bereitzustellen.

   Schließen Sie die Masse der unteren Schiene mit der Masse der oberen Schiene kurz, damit Sie den Stromkreis bereinigen können

Beginnen Sie mit der Eingabe einer Welle und nehmen Sie mit dem Oszilloskop Messungen vor! Wenn Ihre Schaltung wie vorgesehen funktioniert, sollten Sie eine Verstärkung von 100 sehen. Dies würde bedeuten, dass die Spitze-zu-Spitze-Spannung 2 V für ein 20 mV-Signal betragen sollte. Wenn Sie ein Funktionsgenerator als eine ausgefallene Herzwellenform sind, versuchen Sie, diese einzugeben.

Spielen Sie mit Frequenzen und Eingängen herum, um sicherzustellen, dass Ihr Filter richtig funktioniert. Versuchen Sie, jede Stufe einzeln zu testen, und testen Sie dann die Schaltung als Ganzes. Ich habe ein Beispielexperiment angehängt, in dem ich die Funktion des Notchfilters analysiert habe. Ich habe eine ausreichende Dämpfung von 59,5 Hz bis 60,5 Hz festgestellt, aber ich hätte mir an den Punkten 59,5 und 60,5 Hz etwas mehr Dämpfung gewünscht. Trotzdem drängte die Zeit, also zog ich weiter und dachte, ich könnte das Rauschen später digital entfernen. Hier sind einige Fragen, die Sie für Ihre Schaltung berücksichtigen sollten:

• Ist der Gewinn 100?
• Überprüfen Sie die Verstärkung bei 220 Hz. Ist es -3 db oder nahe daran?
• Prüfen Sie die Dämpfung bei 60 Hz. Ist sie ausreichend hoch? Bietet es bei 60,5 und 59,5 Hz noch eine gewisse Dämpfung?
• Wie schnell rollt Ihr Filter ab 220 Hz ab? Sind es -40 dB/Jahrzehnt?
• Kommt Strom in einen der Eingänge? Wenn dies der Fall ist, ist diese Schaltung nicht für menschliche Messungen geeignet, und wahrscheinlich stimmt etwas mit Ihrem Design oder Ihren Komponenten nicht.

Wenn Ihre Schaltung wie vorgesehen funktioniert, können Sie weitermachen! Wenn nicht, müssen Sie einige Fehler beheben. Überprüfen Sie die Ausgabe jeder Stufe einzeln. Stellen Sie sicher, dass Ihre Operationsverstärker mit Strom versorgt und funktionsfähig sind. Untersuchen Sie die Spannung an jedem Knoten, bis Sie das Problem mit der Schaltung gefunden haben.

Schritt 7: LabVIEW-Herzfrequenzmessung

LabVIEW ermöglicht es uns, die Herzfrequenz mithilfe eines Logikblockdiagramms zu messen. Mit mehr Zeit hätte ich es vorgezogen, die Daten selbst zu digitalisieren und einen Code zu erstellen, der die Herzfrequenz bestimmt, da dafür keine Computer mit installiertem labVIEW und einer kräftigen DAQ-Platine erforderlich wären. Außerdem kamen numerische Werte in labVIEW nicht intuitiv. Trotzdem war das Erlernen von labVIEW eine wertvolle Erfahrung, da die Verwendung von Blockdiagrammlogik viel einfacher ist, als Ihre eigene Logik hart codieren zu müssen.

Zu diesem Abschnitt gibt es nicht viel zu sagen. Verbinden Sie den Ausgang Ihrer Schaltung mit der DAQ-Platine und verbinden Sie die DAQ-Platine mit dem Computer. Erstellen Sie die im folgenden Bild angezeigte Schaltung, klicken Sie auf "Ausführen" und beginnen Sie mit dem Sammeln von Daten! Stellen Sie sicher, dass Ihre Schaltung eine Wellenform empfängt.

Einige wichtige Einstellungen dabei sind:

• eine Abtastrate von 500 Hz und eine Fenstergröße von 2500 Einheiten bedeutet, dass wir Daten im Wert von 5 Sekunden innerhalb des Fensters erfassen. Dies sollte ausreichen, um 4-5 Herzschläge in Ruhe und mehr während des Trainings zu sehen.
• Ein erkannter Spitzenwert von 0,9 war ausreichend, um die Herzfrequenz zu erkennen. Obwohl dies grafisch aussieht, hat es ziemlich lange gedauert, bis dieser Wert erreicht wurde. Sie sollten damit herumspielen, bis Sie den Herzschlag genau berechnen.
• Eine Breite von "5" schien ausreichend zu sein. Auch an diesem Wert wurde gebastelt und schien intuitiv keinen Sinn zu ergeben.
• Die numerische Eingabe zur Berechnung der Herzfrequenz verwendet einen Wert von 60. Jedes Mal, wenn ein Herzschlag angezeigt wird, durchläuft er den Schaltkreis der unteren Ebene und gibt bei jedem Herzschlag eine 1 zurück. Wenn wir diese Zahl durch 60 teilen, sagen wir im Wesentlichen "dividiere 60 durch die Anzahl der im Fenster berechneten Schläge". Dies gibt Ihre Herzfrequenz in Schlägen/Minute zurück.

Das angehängte Bild ist von meinem eigenen Herzschlag in labVIEW. Es stellte fest, dass mein Herz mit 82 BPM schlug. Ich war ziemlich aufgeregt, dass diese Schaltung endlich funktioniert!

Schritt 8: Menschliche Messung

Wenn Sie sich selbst bewiesen haben, dass Ihr Kreislauf sicher und funktionsfähig ist, können Sie Ihren eigenen Herzschlag messen. Platzieren Sie die 3M-Messelektroden an den folgenden Stellen und schließen Sie sie an den Stromkreis an. Die Handgelenkskabel gehen an der Innenseite Ihres Handgelenks, vorzugsweise dort, wo wenig bis keine Haare sind. Die Erdungselektrode wird auf den knöchernen Teil Ihres Knöchels gelegt. Verbinden Sie mit Krokodilklemmen die positive Leitung mit dem positiven Eingang, die negative Leitung mit dem negativen Eingang und die Erdungselektrode mit der Erdungsschiene (achten Sie genau darauf, dass es sich nicht um die negative Stromschiene handelt.)).

Eine letzte Wiederholung Hinweis: "Dies ist kein medizinisches Gerät. Dies dient nur zu Bildungszwecken mit simulierten Signalen. Wenn Sie diesen Stromkreis für echte EKG-Messungen verwenden, stellen Sie bitte sicher, dass der Stromkreis und die Stromkreis-zu-Instrument-Verbindungen geeignete Isolationstechniken verwenden. Sie tragen das Risiko eines eventuellen Schadens."

Stellen Sie sicher, dass Ihr Oszilloskop richtig angeschlossen ist. Stellen Sie sicher, dass kein Strom in den Operationsverstärker fließt und dass die Erdungselektrode geerdet ist. Stellen Sie sicher, dass die Fenstergrößen Ihres Oszilloskops korrekt sind. Ich habe einen QRS-Komplex von ungefähr 60 mV beobachtet und ein 5s-Fenster verwendet. Befestigen Sie die Krokodilklemmen an ihren jeweiligen positiven, negativen und Masseelektroden. Nach einigen Sekunden sollten Sie beginnen, eine EKG-Kurve zu sehen. Entspannen; Machen Sie keine Bewegungen, da der Filter immer noch Muskelsignale aufnehmen kann.

Bei richtiger Schaltungskonfiguration sollten Sie so etwas wie die Ausgabe im vorherigen Schritt sehen! Dies ist Ihr ganz persönliches EKG-Signal. Als nächstes gehe ich auf die Verarbeitung ein.

HINWEIS: Sie sehen online verschiedene 3-Elektroden-EKG-Setups. Diese würden auch funktionieren, aber sie können invertierte Wellenformen ergeben. Mit der Art und Weise, wie der Differenzverstärker in dieser Schaltung eingerichtet ist, liefert diese Elektrodenkonfiguration eine traditionelle komplexe positive QRS-Wellenform.

Schritt 9: Signalverarbeitung

Sie haben sich also an das Oszilloskop angeschlossen und können den QRS-Komplex sehen, aber das Signal sieht immer noch verrauscht aus. Wahrscheinlich so etwas wie das erste Bild in diesem Abschnitt. Das ist normal. Wir verwenden eine Schaltung auf einem offenen Steckbrett mit einer Reihe elektrischer Komponenten, die im Wesentlichen als kleine Antennen fungieren. Gleichstromversorgungen sind notorisch laut und es ist keine HF-Abschirmung vorhanden. Natürlich ist das Signal verrauscht. Ich machte einen kurzen Versuch, eine Hüllkurvenverfolgungsschaltung zu verwenden, aber ich hatte keine Zeit mehr. Digital geht das ganz einfach! Nehmen Sie einfach einen gleitenden Durchschnitt. Der einzige Unterschied zwischen dem Grau/Blau-Diagramm und dem Schwarz/Grün-Diagramm besteht darin, dass das Schwarz/Grün-Diagramm einen gleitenden Spannungsdurchschnitt in einem 3 ms-Fenster verwendet. Dies ist ein so kleines Fenster im Vergleich zur Zeit zwischen den Beats, aber es lässt das Signal so viel glatter aussehen.

Schritt 10: Nächste Schritte?

Dieses Projekt war cool, aber etwas kann immer besser gemacht werden. Hier sind einige meiner Gedanken. Fühlen Sie sich frei, Ihre unten zu hinterlassen!

• Verwenden Sie eine niedrigere Grenzfrequenz. Dies sollte einen Teil des in der Schaltung vorhandenen Rauschens beseitigen. Vielleicht spielen Sie sogar damit herum, nur einen Tiefpassfilter mit einem steilen Abfall zu verwenden.
• Löten Sie die Komponenten und erstellen Sie etwas Dauerhaftes. Dies sollte den Lärm reduzieren, ist kühler und sicherer.
• Digitalisieren Sie das Signal und geben Sie es selbst aus, sodass Sie keine DAQ-Karte mehr benötigen und Code schreiben können, der den Herzschlag für Sie bestimmt, anstatt LabVIEW verwenden zu müssen. Auf diese Weise kann der normale Benutzer den Herzschlag erkennen, ohne ein leistungsstarkes Programm zu benötigen.

Zukünftige Projekte?

• Erstellen Sie ein Gerät, das die Eingabe direkt auf einem Bildschirm anzeigt (hmmmm Himbeer-Pi und Bildschirmprojekt?)
• Verwenden Sie Komponenten, die die Schaltung kleiner machen.
• Erstellen Sie ein tragbares All-in-One-EKG mit Display und Herzfrequenzerkennung.

Dies schließt die instructable! Vielen Dank fürs Lesen. Bitte hinterlassen Sie unten Ihre Gedanken oder Vorschläge.