EKQ və Nəbz Virtual İstifadəçi İnterfeysi: 9 Addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:48

Bu təlimat üçün, ürək döyüntünüzü qəbul etmək və ürək döyüntünüzün və nəbzinizin qrafik çıxışı olan bir virtual istifadəçi interfeysi (VUI) üzərində necə göstərəcəyinizi sizə göstərəcəyik. Verilənləri təhlil etmək və çıxarmaq üçün dövrə komponentləri və LabView proqramının nisbətən sadə bir birləşməsini tələb edir. Bu tibbi cihaz deyil. Bu yalnız simulyasiya edilmiş siqnallardan istifadə edərək təhsil məqsədləri üçündür. Bu dövrəni real EKQ ölçmələri üçün istifadə edirsinizsə, zəhmət olmasa dövrənin və dövrə-cihaz əlaqələrinin düzgün izolyasiya üsullarından istifadə etdiyinə əmin olun.

Materiallar

Dövrə:

• Çörək paneli:
• Rezistorlar:
• Kondansatörler:
• Op Amps:
• Dövrə telləri (Breadboard bağlantısına daxil edilmişdir)
• Timsah klipləri
• Banan akkordları
• Agilent E3631A DC Güc Təchizatı
• Funksiya generatoru
• Osiloskop

LabView:

• LabView proqramı
• DAQ lövhəsi
• Dövrə telləri
• İzolyasiya edilmiş Analog Giriş
• Funksiya generatoru

Addım 1: Hansı Filtrlərin və Gücləndiricilərin istifadə ediləcəyini təyin edin

EKQ siqnalını təmsil etmək üçün, dövrənin üç fərqli mərhələsi hazırlanmış və tətbiq edilmişdir: bir alət gücləndiricisi, bir çentik filtri və aşağı keçid filtri. Alət gücləndiricisi siqnalı gücləndirir, çünki bir mövzudan alınanda çox kiçikdir və görmək və təhlil etmək çətindir. Çentik filtri 60 Hz -də səs -küyü aradan qaldırmaq üçün istifadə olunur, çünki EKQ siqnalında 60 Hz -də siqnallar yoxdur. Nəhayət, aşağı keçid filtri səsdən gələn səs-küyü aradan qaldırmaq üçün daha yüksək tezlikləri aradan qaldırır və çentik filtri ilə birlikdə yalnız EKQ siqnalında təmsil olunan tezliklərə icazə verir.

Addım 2: Cihaz Gücləndiricisini yaradın və sınayın

Gücləndiricinin 1000 V/V qazanc əldə etməsi tələb olunur və göründüyü kimi gücləndirici iki mərhələdən ibarətdir. Bu səbəbdən, qazanc iki mərhələdə bərabər paylanmalıdır, K1 birinci mərhələnin qazancı və K2 ikinci mərhələnin qazancıdır. K1 -in 40, K2 -nin isə 25 olduğunu təyin etdik. Bunlar birlikdə vurulduqda 1000 V/V qazanc əldə edildiyinə görə 40 x 25 = 1000 olduğu üçün qəbul edilə bilən dəyərlərdir. 15 V/V dispersiyası. Bu dəyərləri mənfəət üçün istifadə edərək, müvafiq müqavimətlər daha sonra hesablana bilər. Bu hesablamalar üçün aşağıdakı tənliklər istifadə olunur:

Mərhələ 1 Qazanc: K1 = 1 + 2R2R1 (1)

Mərhələ 2 Qazanc: K2 = -R4R3 (2)

Özbaşına olaraq R1 dəyərini seçdik, bu halda 1 kΩ idi və sonradan R2 dəyəri üçün həll edildi. Mərhələ 1 qazanc üçün əvvəlki dəyərləri tənliyə daxil edərək əldə edirik:

40 = 1 + 2R2*1000⇒R2 = 19, 500 Ω

Müqavimətləri seçərkən kOhm aralığında olmalarını təmin etmək vacibdir, çünki müqavimət nə qədər böyükdürsə, bir o qədər güc zərər vermədən təhlükəsiz şəkildə dağıla bilər. Müqavimət çox kiçikdirsə və çox böyük bir cərəyan varsa, rezistora ziyan vurulacaq və əlavə olaraq dövrənin özü işləyə bilməyəcək. Mərhələ 2 üçün eyni protokoldan sonra, özbaşına R3, 1 kΩ dəyərini seçdik və sonra R4 üçün həll etdik. 2 -ci mərhələ üçün əvvəlki dəyərləri tənliyə daxil edərək əldə edirik: 25 = -R4*1000 ⇒R4 = 25000 Ω

Mənfilik işarəsi inkar edilir, çünki müqavimətlər mənfi ola bilməz. Bu dəyərləri əldə etdikdən sonra şəkildəki aşağıdakı dövrə qurun. Sonra sınayın!

Agilent E3631A DC Güc Təchizatı +15 V və -15 V çıxışı olan əməliyyat gücləndiricilərinə 4 və 7 -ci pinlərə gedərək güc verir, funksiya generatorunu 1 kHz tezlikdə, 12.7 mV -lik Vpp, və 0 V. ofset. Bu giriş, dövrənin ilk mərhələsindəki əməliyyat gücləndiricilərinin 3 pinini təşkil etməlidir. İkinci mərhələnin əməliyyat gücləndiricisinin 6-cı pinindən gələn gücləndiricinin çıxışı osiloskopun 1-ci kanalında göstərilir və pikdən pikə qədər olan gərginlik ölçülür və qeyd olunur. Alət gücləndiricisinin ən az 1000 V/V qazanc əldə etməsini təmin etmək üçün pikdən zirvəyə qədər olan gərginlik ən az 12.7 V olmalıdır.

Addım 3: Çentik filtri yaradın və sınayın

Çentik filtri, 60 Hz səs -küyünü biosignaldan çıxarmaq üçün lazımdır. Bu tələbə əlavə olaraq, bu filtrə əlavə gücləndirmə daxil edilməməsi lazım olduğu üçün keyfiyyət faktoru 1 olaraq təyin olunur. Cihaz gücləndiricisində olduğu kimi əvvəlcə aşağıdakı dizayndan istifadə edərək R1, R2, R3 və C üçün dəyərləri təyin etdik. bir çentik filtri üçün tənliklər: R1 = 1/(2Q⍵0C)

R2 = 2Q/(⍵0C)

R3 = R1R/(2R1 + R2)

Q = ⍵0/β

β = ⍵c2 -⍵c1

Q = keyfiyyət faktoru

⍵0 = 2πf0 = rad/saniyədə mərkəz tezliyi

f0 = Hz -də mərkəz tezliyi

β = rad/saniyədə bant genişliyi

⍵c1, ⍵c2 = kəsmə tezlikləri (rad/san)

Özbaşına olaraq C dəyərini seçdik, bu halda 0.15 µF idi və daha sonra R1 dəyəri üçün həll edildi. Keyfiyyət faktoru, mərkəz tezliyi və kapasitansın əvvəlki dəyərlərini birləşdirərək əldə edirik:

R1 = 1/(2 (1) (2π60) (0.15x10-6)) = 1105.25

Alət gücləndiricisinin dizaynını müzakirə edərkən yuxarıda qeyd edildiyi kimi, müqavimətlərin kOhm aralığında olduğunu həll edərkən dövrəyə heç bir ziyan vurulmadığından əmin olmaq hələ də vacibdir. Müqavimətləri həll edərkən çox kiçikdirsə, bunun baş verməməsini təmin etmək üçün kapasitans kimi bir dəyər dəyişdirilməlidir. Eynilə R1, R2 və R3 tənliklərini həll etmək olar:

R2 = 2 (1)/[(2π60) (0.15x10-6)] = 289.9 kΩ

R3 = (1105.25) (289.9x103)/[(1105.25) + (289.9x103)] = 1095.84 Ω

Əlavə olaraq, daha sonra eksperimental dəyərlə müqayisə etmək üçün nəzəri bir dəyərə sahib olmaq üçün bant genişliyini həll edin:

1 = (2π60)/β⇒β = 47.12 rad/san

Müqavimət dəyərlərini bildikdən sonra çörək lövhəsində dövrə qurun.

Dövrün yalnız bu mərhələsi bu nöqtədə sınaqdan keçirilməlidir, buna görə də cihaz gücləndiricisinə qoşulmamalıdır. Agilent E3631A DC Güc Təchizatı 4 və 7 -ci pinlərə gedən +15 V və -15 V çıxışı olan əməliyyat gücləndiricisini işə salmaq üçün istifadə olunur. VV 1 V və 0 V ofset. Müsbət giriş R1 -ə, mənfi giriş isə yerə qoşulmalıdır. Giriş də osiloskopun 1 -ci kanalına bağlanmalıdır. Əməliyyat gücləndiricisinin 6 -cı pinindən gələn çentik filtrinin çıxışı osiloskopun 2 -ci kanalında göstərilir. Bir AC süpürgəsi 10 Hz -dən 100 Hz -ə qədər dəyişərək ölçülür və qeyd olunur. Tezlik 50 Hz -ə çatana qədər 10 Hz artımlarla artırıla bilər. Sonra 59 Hz -ə qədər 2 Hz artımlar istifadə olunur. 59 Hz -ə çatdıqda, 0.1 Hz artımları alınmalıdır. Sonra, 60 Hz -ə çatdıqdan sonra, artımlar bir daha artırıla bilər. Vout/Vin nisbəti və faz bucağı qeyd edilməlidir. Vout/Vin nisbəti 60 Hz -20 dB -dən az və ya bərabər deyilsə, bu nisbəti təmin etmək üçün müqavimət dəyərlərinin dəyişdirilməsi lazımdır. Daha sonra bu məlumatlardan bir tezlik reaksiyası və faza cavab planı qurulur. 60Hz ətrafındakı tezliklərin silindiyini sübut edən qrafikdə tezlik cavabı belə görünməlidir, bu da istədiyiniz şeydir!

Addım 4: Aşağı keçid filtri yaradın və sınayın

Aşağı keçid filtrinin kəsmə tezliyi 150 Hz olaraq təyin olunur. Xüsusilə daha yüksək tezliklərdə olan artıq səs -küyü aradan qaldırarkən EKQ -də mövcud olan bütün tezlikləri saxlamaq istədiyiniz üçün bu dəyər seçildi. T dalğasının tezliyi 0-10 Hz, P dalğası 5-30 Hz aralığında və QRS kompleksi 8-50 Hz aralığındadır. Bununla birlikdə, anormal ventrikulyar keçiricilik daha yüksək tezliklər ilə xarakterizə olunur, adətən 70 Hz -dən yuxarıdır. Bu səbəbdən yüksək frekanslı səs -küyü kəsərkən bütün frekansları, hətta daha yüksək tezlikləri tuta biləcəyimizi təmin etmək üçün 150 Hz kəsmə tezliyi olaraq seçildi. 150 Hz kəsmə tezliyinə əlavə olaraq, keyfiyyət faktoru K 1 olaraq təyin olunur, çünki əlavə gücləndirmə tələb olunmur. Əvvəlcə aşağı keçid filtri üçün aşağıdakı dizayn tənliklərindən istifadə edərək R1, R2, R3, R4, C1 və C2 üçün dəyərləri təyin etdik:

R1 = 2/[⍵c [aC2 + sqrt ([a^2 + 4b (K -1)] C2^2 - 4bC1C2)]

R2 = 1/[bC1C2R1⍵c^2]

K> 1 olduqda R3 = K (R1+ R2)/(K -1)

R4 = K (R1+R2)

C2 təxminən 10/fc uF

C1 <C2 [a2 + 4b (K -1)] 4b

Harada K = qazanc

⍵c = kəsilmə tezliyi (rad/san)

fc = kəsilmə tezliyi (Hz)

a = filtr əmsalı = 1.414214

b = filtr əmsalı = 1

Qazanc 1 olduğu üçün R3 açıq bir dövrə ilə əvəz olunur və R4is onu gerilim izləyicisi edən qısa bir dövrə ilə əvəz olunur. Buna görə də bu dəyərləri həll etmək lazım deyil. Əvvəlcə C2 dəyərini həll etdik. Əvvəlki dəyərləri bu tənliyə bağlayaraq əldə edirik:

C2 = 10/150 uF = 0.047 uF

Sonra C1, C2 dəyərindən istifadə edərək həll edilə bilər.

C1 <(0.047x10^-6) [1.414214^2 + 4 (1) (1 -1)]/4 (1)

C1 <0.024 uF = 0.022 uF

Kapasitans dəyərləri həll edildikdən sonra R1 və R2 aşağıdakı kimi hesablana bilər:

R1 = 2 (2π150) [(1.414214) (0.047x10-6) + ([1.4142142 + 4 (1) (1 -1)] 0.047x10-6) 2-4 (1) (0.022x10-6) (0.047 x10-6))] R1 = 25486.92 Ω

R2 = 1 (1) (0.022x10-6) (0.047x10-6) (25486.92) (2π150) 2 = 42718.89 Ω

Doğru müqavimətlərlə, dövrə diaqramında görünən dövrə qurun.

Bu, ümumi dizaynın son mərhələsidir və çörək filtrinin çıxışı və aşağı keçid filtri üçün giriş gərginliyi ilə çörək lövhəsinin birbaşa sol tərəfində qurulmalıdır. Bu dövrə, əvvəllər olduğu kimi eyni çörək taxtasından, düzgün hesablanmış müqavimət və tutumlardan və bir əməliyyat gücləndiricisindən istifadə edilməklə qurulmalıdır. Şəkil 3 -də göstərilən sxemdən istifadə edərək dövrə qurulduqdan sonra sınaqdan keçirilir. Bu mərhələdə yalnız bu mərhələ sınaqdan keçirilməlidir, buna görə nə cihaz gücləndiricisinə, nə də çentik filtrinə bağlanmamalıdır. Buna görə də, Agilent E3631A DC Güc Təchizatı 4 və 7 -ci pinlərə gedən +15 və -15 V çıxışı olan əməliyyat gücləndiricisini gücləndirmək üçün istifadə olunur. Funksiya generatoru, başlanğıc tezliyi 10 Hz olan sinusoidal dalğa formasını çıxarmaq üçün qurulmuşdur. a Vpp 1 V və 0 V ofset. Müsbət giriş R1 -ə, mənfi giriş isə yerə qoşulmalıdır. Giriş də osiloskopun 1 -ci kanalına bağlanmalıdır. Əməliyyat gücləndiricisinin 6 -cı pinindən gələn çentik filtrinin çıxışı osiloskopun 2 -ci kanalında göstərilir. Bir AC süpürgəsi 10 Hz -dən 300 Hz -ə qədər dəyişərək ölçülür və qeyd olunur. 150 Hz kəsmə tezliyinə çatana qədər tezlik 10 Hz artımlarla artırıla bilər. Sonra, tezliyi 250 Hz -ə çatana qədər 5 Hz artırmaq lazımdır. Süpürgəni bitirmək üçün 10 Hz -lik daha yüksək artımlar istifadə edilə bilər. Vout/Vin nisbəti və faz bucağı qeyd olunur. Əgər kəsmə tezliyi 150 Hz deyilsə, bu dəyərin əslində kəsilmə tezliyi olmasını təmin etmək üçün müqavimət dəyərlərinin dəyişdirilməsi lazımdır. Tezlik cavab sahəsi, kəsmə tezliyinin 150Hz ətrafında olduğunu görə biləcəyiniz şəklə bənzəməlidir.

Addım 5: Bütün 3 Komponenti birləşdirin və Elektrokardioqramı (EKQ) simulyasiya edin

Növbəti komponentin əvvəlinə əvvəlki komponentin son dövrə komponenti arasında tel əlavə edərək hər üç mərhələni birləşdirin. Tam dövrə diaqramda görünür.

Funksiya generatorundan istifadə edərək, başqa bir EKQ siqnalını simulyasiya edin: Komponentlər uğurla qurulubsa və bağlansaydı, osiloskopdakı çıxışınız şəkildəki kimi görünməlidir.

Addım 6: DAQ Board qurun

DAQ lövhəsinin yuxarı hissəsini görmək olar. Gücləndirmək üçün kompüterin arxasına qoşun və İzolyasiya edilmiş Analog Girişini lövhənin 8 -ci kanalına (ACH 0/8) yerləşdirin. İzolyasiya edilmiş Analog Girişin '1' və '2' etiketli deliklərinə iki tel daxil edin. 500 mV Vpp və 0V ofset ilə 1Hz EKQ siqnalı çıxarmaq üçün funksiya generatorunu qurun. Funksiya generatorunun çıxışını təcrid olunmuş analoq girişinə yerləşdirilmiş tellərə qoşun.

Addım 7: LabView açın, yeni bir layihə yaradın və DAQ köməkçisini qurun

LabView proqramını açın və yeni bir layihə yaradın və fayl açılan menyusunda yeni bir VI açın. Səhifəni sağ vuraraq komponent pəncərəsini açın. 'DAQ köməkçisi girişi' axtarın və ekrana sürükləyin. Bu avtomatik olaraq ilk pəncərəni çəkəcək.

Siqnal Al> Analog Giriş> Gərginlik seçin. Bu, ikinci pəncərəni qaldıracaq.

Ai8 seçin, çünki İzolyasiya edilmiş Analog Girişinizi 8 -ci kanala qoyursunuz. Son pəncərəni yuxarı çəkmək üçün Bitir seçin.

Əldə etmə rejimini Davamlı Nümunələrə, Nümunələri Oxumaq üçün 2k -ə və Hızı 1kHz -ə dəyişdirin. Sonra pəncərənizin yuxarı hissəsində Çalışdır seçin və yuxarıda göründüyü kimi bir çıxış görünməlidir. EKQ siqnalı tərsinə çevrilirsə, sadəcə əlaqəni funksiya generatorundan DAQ lövhəsinə çevirin. Bu, uğurla EKQ siqnalı aldığınızı göstərir! (Yay!) İndi təhlil etmək üçün onu kodlaşdırmalısınız!

Addım 8: EKQ siqnalının komponentlərini təhlil etmək və ürək döyüntüsünü hesablamaq üçün LabView kodlayın

LabView -dəki şəkildəki simvollardan istifadə edin

DAQ köməkçisini artıq yerləşdirmisiniz. DAQ köməkçisi, ya bir funksiya generatoru tərəfindən simulyasiya edilən, ya da müvafiq olaraq yerləşdirilmiş elektrodlara bağlanan bir şəxsdən alınan analog gərginlik siqnalı olan giriş siqnalını alır. Daha sonra bu siqnalı götürür və 1 kHz nümunə götürmə sürəti və sırasıyla 10V və -10V olan maksimum və minimum gərginlik dəyərləri ilə 2000 nümunənin oxunması üçün A/D çeviricisindən keçir. Bu əldə edilən siqnal daha sonra vizual olaraq görülə bilməsi üçün bir qrafik üzərində çıxarılır. Həm də bu çevrilmiş dalğa formasını götürür və 5 -ə əlavə edir ki, bu da mənfi hesablanmanı təmin edir və sonra zirvələri daha fərqli, daha böyük və təhlil etmək asanlaşdırmaq üçün 200 -ə vurulur. Daha sonra maksimum/dəq operand vasitəsi ilə verilən pəncərədə 2,5 saniyə ərzində dalğa formasının maksimum və minimum dəyərini təyin edir. Hesablanmış maksimum dəyərin dəyişdirilə bilən bir faizlə vurulması lazımdır, lakin ümumiyyətlə 90% -dir (0.9). Bu dəyər daha sonra minimum dəyərə əlavə edilir və eşik olaraq pik aşkarlama operandına göndərilir. Nəticədə, dalğa qrafikinin bu həddi aşan hər nöqtəsi bir pik olaraq təyin olunur və pik detektor operatorunda bir sıra zirvələr olaraq qeyd olunur. Bu zirvələr dizisi daha sonra iki fərqli funksiyaya göndərilir. Bu funksiyalardan biri, maksimum dəyər operatoru tərəfindən həm pik sıra, həm də dalğa forması çıxışını alır. Bu funksiya daxilində, dt, bu iki giriş zirvələrin hər biri üçün vaxt dəyərinə çevrilir. İkinci funksiya, zirvə aşkarlama funksiyasının yer çıxışlarını alan və 0 -cu zirvə və 1 -ci zirvənin yerlərini əldə etmək üçün ayrı -ayrı indeksləşdirən iki indeks operatorundan ibarətdir. Bu iki yer arasındakı fərq eksi operator tərəfindən hesablanır və sonra dt funksiyasından əldə edilən vaxt dəyərləri ilə vurulur. Bu dövrü və ya iki zirvə arasındakı vaxtı saniyələrdə çıxarır. Tərifə görə 60 dövrünə bölünməsi BPM verir. Çıxışın həmişə pozitiv olduğundan əmin olmaq üçün bu dəyər mütləq bir operanddan keçir və sonra ən yaxın tam ədədə yuvarlaqlaşdırılır. Bu, nəbzin dalğa forması çıxışı ilə eyni ekranda hesablanmasının və nəhayət çıxarılmasının son mərhələsidir. Nəticədə blok diaqramı ilk şəklə bənzəməlidir.

Blok diaqramını tamamladıqdan sonra proqramı işə salırsınızsa, şəkildəki çıxışı əldə etməlisiniz.

Addım 9: Dövrəni və LabView komponentlərini birləşdirin və həqiqi bir insana bağlayın

İndi əyləncə hissəsi üçün! Əsl EKQ əldə etmək və nəbzini hesablamaq üçün gözəl sxeminizi və LabView proqramını birləşdirərək. Dövrəni bir insana uyğunlaşdırmaq və canlı bir siqnal çıxarmaq üçün cihaz gücləndiricisinin qazancı 100 -ə qədər azaldılmalıdır. Bunun səbəbi, bir insana qoşulduqda bir ofsetin olmasıdır. sonra əməliyyat gücləndiricisini doyurur. Qazancı azaltmaqla bu problemi azaldacaq. Birincisi, alət gücləndiricisinin birinci mərhələsinin qazancı 4 -ə qədər dəyişir, beləliklə ümumi mənfəət 100 -ə bərabərdir. Sonra 1 -ci tənlikdən istifadə edərək R2 19.5 kΩ -a təyin edilir və R1is aşağıdakı kimi tapılır:

4 = 1 + 2 (19, 500) R1⇒R1 = 13 kΩ Sonra, alət gücləndiricisi əvvəllər tikilmiş taxtada 2 -ci addımda göstərildiyi kimi R1 -dən 13 kΩ müqavimətini dəyişdirərək dəyişdirilir. Bütün dövrə bağlıdır və dövrə LabView istifadə edərək sınaqdan keçirilə bilər. Agilent E3631A DC Güc Təchizatı +15 V və -15 V çıxışı olan əməliyyat gücləndiricilərinə 4 və 7 -ci pinlərə gedərək güc verir. EKQ elektrodları mövzu ilə əlaqələndirilir (G1) pozitiv aparıcı sol ayaq biləyinə, mənfi qurğuşun (G2) sağ biləyinə, yerə (COM) isə sağ ayaq biləyinə gedir. İnsan girişi, dövrənin ilk mərhələsindəki əməliyyat gücləndiricilərinin 3 -ünü, birinci əməliyyat gücləndiricisinin 3 -cü pininə və 2 -ci əməliyyat gücləndiricisinin 3 -cü pininə bağlı olan mənfi qurğuşuna malik olmalıdır. Torpaq çörək taxtasının zəminə bağlanır. Aşağı keçid filtrinin 6-cı pinindən gələn gücləndiricinin çıxışı DAQ lövhəsinə yapışdırılır. Çox sakit və sakit olmağınızdan əmin olun və LabView -də şəkildəki kimi görünən bir nəticə əldə etməlisiniz.

Aydındır ki, bu siqnal funksiya generatorunun simulyasiya etdiyi mükəmməl siqnaldan daha çox səs -küylüdür. Nəticədə ürək dərəcəniz çox yüksələcək, ancaq 60-90 BPM aralığında dəyişməlidir. Və orada var! Bir dövrə quraraq və bəzi proqramları kodlaşdıraraq öz nəbzimizi ölçməyin əyləncəli bir yolu!