So erstellen Sie einen digitalen EKG- und Herzfrequenzmonitor – wikiHow

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

Ein Elektrokardiogramm (EKG) misst die elektrische Aktivität des Herzschlags, um zu zeigen, wie schnell das Herz schlägt sowie seinen Rhythmus. Es gibt einen elektrischen Impuls, der auch als Welle bekannt ist und durch das Herz wandert, um den Herzmuskel mit jedem Schlag Blut auspumpen zu lassen. Der rechte und der linke Vorhof erzeugen die erste P-Welle, und der rechte und der linke untere Ventrikel bilden den QRS-Komplex. Die letzte T-Welle geht von der elektrischen Erholung in einen Ruhezustand. Ärzte verwenden EKG-Signale, um Herzerkrankungen zu diagnostizieren, daher ist es wichtig, klare Bilder zu erhalten.

Das Ziel dieses anweisbaren ist es, ein Elektrokardiogramm (EKG)-Signal zu erfassen und zu filtern, indem ein Instrumentenverstärker, ein Kerbfilter und ein Tiefpassfilter in einer Schaltung kombiniert werden. Dann werden die Signale durch einen A/D-Wandler in LabView geleitet, um ein Echtzeitdiagramm und einen Herzschlag in BPM zu erzeugen.

"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."

Schritt 1: Entwerfen Sie einen Instrumentierungsverstärker

Um einen Instrumentenverstärker zu bauen, benötigen wir 3 Operationsverstärker und 4 verschiedene Widerstände. Ein Instrumentenverstärker erhöht die Verstärkung der Ausgangswelle. Für dieses Design haben wir eine Verstärkung von 1000 V angestrebt, um ein gutes Signal zu erhalten. Verwenden Sie die folgenden Gleichungen, um die entsprechenden Widerstände zu berechnen, wobei K1 und K2 die Verstärkung sind.

Stufe 1: K1 = 1 + (2R2/R1)

Stufe 2: K2 = -(R4/R3)

Für dieses Design wurden R1 = 20,02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω verwendet.

Schritt 2: Entwerfen Sie einen Notch-Filter

Zweitens müssen wir einen Notch-Filter mit einem Operationsverstärker, Widerständen und Kondensatoren bauen. Der Zweck dieser Komponente besteht darin, Rauschen bei 60 Hz herauszufiltern. Wir möchten genau bei 60 Hz filtern, damit alles unterhalb und oberhalb dieser Frequenz durchgeht, aber die Amplitude der Wellenform bei 60 Hz am niedrigsten ist. Um die Parameter des Filters zu bestimmen, haben wir eine Verstärkung von 1 und einen Qualitätsfaktor von 8 verwendet. Verwenden Sie die folgenden Gleichungen, um die entsprechenden Widerstandswerte zu berechnen. Q ist der Qualitätsfaktor, w = 2*pi*f, f ist die Mittenfrequenz (Hz), B ist die Bandbreite (rad/sec) und wc1 und wc2 sind die Grenzfrequenzen (rad/sec).

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

R3 = (R1+R2)/(R1+R2)

Q = w/B

B = wc2 - wc1

Schritt 3: Entwerfen Sie einen Tiefpassfilter

Der Zweck dieser Komponente besteht darin, Frequenzen oberhalb einer bestimmten Grenzfrequenz (wc) herauszufiltern und sie im Wesentlichen nicht durchzulassen. Wir haben uns entschieden, bei einer Frequenz von 250 Hz zu filtern, um zu vermeiden, dass die durchschnittliche Frequenz, die zur Messung eines EKG-Signals (150 Hz) verwendet wird, zu nahe kommt. Um die Werte zu berechnen, die wir für diese Komponente verwenden, verwenden wir die folgenden Gleichungen:

C1 <= C2(a^2 + 4b(k-1)) / 4b

C2 = 10/Grenzfrequenz (Hz)

R1 = 2 / (wc (a*C2 + (a^2 + 4b(k-1)C2^2 - 4b*C1*C2)^(1/2))

R2 = 1 / (b*C1*C2*R1*wc^2)

Wir werden die Verstärkung auf 1 setzen, sodass R3 zu einem offenen Stromkreis (kein Widerstand) und R4 zu einem Kurzschluss (nur ein Draht) wird.

Schritt 4: Testen Sie die Schaltung

Für jede Komponente wird ein AC-Sweep durchgeführt, um die Wirksamkeit des Filters zu bestimmen. Der AC-Sweep misst die Größe der Komponente bei verschiedenen Frequenzen. Je nach Komponente erwarten Sie unterschiedliche Formen. Die Bedeutung des AC-Sweeps besteht darin, sicherzustellen, dass die Schaltung nach dem Aufbau ordnungsgemäß funktioniert. Um diesen Test im Labor durchzuführen, zeichnen Sie einfach Vout/Vin bei einem Frequenzbereich auf. Für den Instrumentenverstärker haben wir von 50 bis 1000 Hz getestet, um einen großen Bereich zu erhalten. Beim Notch-Filter haben wir von 10 bis 90 Hz getestet, um eine gute Vorstellung davon zu bekommen, wie das Bauteil bei 60 Hz reagiert. Für den Tiefpassfilter haben wir von 50 bis 500 Hz getestet, um zu verstehen, wie die Schaltung reagiert, wenn sie passieren soll und wann sie stoppen soll.

Schritt 5: EKG-Schaltung auf LabView

Als nächstes möchten Sie in LabView ein Blockdiagramm erstellen, das ein EKG-Signal durch einen A/D-Wandler simuliert und dann das Signal auf dem Computer darstellt. Wir begannen damit, die Parameter unseres DAQ-Board-Signals einzustellen, indem wir die durchschnittliche Herzfrequenz ermittelten, die wir erwarteten; Wir haben 60 Schläge pro Minute gewählt. Dann konnten wir mit einer Frequenz von 1 kHz feststellen, dass wir ungefähr 3 Sekunden anzeigen mussten, um 2-3 EKG-Spitzen im Kurvendiagramm zu erfassen. Wir haben 4 Sekunden angezeigt, um sicherzustellen, dass wir genügend EKG-Spitzen erfassen. Das Blockdiagramm liest das eingehende Signal und verwendet die Spitzenwerterkennung, um zu bestimmen, wie oft ein voller Herzschlag auftritt.

Schritt 6: EKG und Herzfrequenz

Unter Verwendung des Codes aus dem Blockdiagramm erscheint das EKG in der Wellenformbox und daneben werden die Schläge pro Minute angezeigt. Sie haben jetzt einen funktionierenden Pulsmesser! Um sich selbst noch mehr herauszufordern, versuchen Sie es mit Ihrem Schaltkreis und Ihren Elektroden, um Ihre Echtzeit-Herzfrequenz anzuzeigen!