Circuito dell'elettrocardiogramma: 4 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Ciao! Questo è scritto da due studenti che stanno attualmente studiando Ingegneria Biomedica e stanno seguendo un corso di circuiti. Abbiamo creato un ECG e siamo molto entusiasti di condividerlo con voi.

Forniture

Le forniture di base che saranno necessarie per questo progetto includono:

- tagliere

- resistori

- condensatori

- amplificatori operazionali (LM741)

- elettrodi

Avrai anche bisogno delle apparecchiature elettroniche elencate:

- Alimentazione CC

- Generatore di funzioni

- Oscilloscopio

Passaggio 1: amplificatore differenziale

Perché è necessario?

L'amplificatore differenziale viene utilizzato per amplificare il segnale e per ridurre il rumore che può verificarsi tra gli elettrodi. Il rumore viene ridotto prendendo la differenza di tensione dai due elettrodi. Per determinare i valori di resistenza necessari, abbiamo deciso che volevamo che l'amplificatore creasse un guadagno di 1000.

Come è costruito?

Per ottenere ciò, è stata utilizzata l'equazione del guadagno per un amplificatore differenziale, la matematica può essere trovata nell'immagine allegata. Durante il calcolo, è stato riscontrato che i valori del resistore dovrebbero essere 100Ω e 50kΩ. Tuttavia, poiché non avevamo un resistore da 50 k, abbiamo usato 47 kΩ. La configurazione dell'amplificatore differenziale sia per LTSpice che per la breadboard è visibile nella foto allegata. L'amplificatore differenziale richiede una breadboard a cui collegarlo, 1 x 100Ω resistore, 6 x 47kΩ resistore, 3 amplificatori operazionali LM741 e molti ponticelli.

Come testarlo?

Quando si esegue il test in LTSpice e sul dispositivo fisico, è necessario assicurarsi che produca un guadagno di 1000. Questo viene fatto utilizzando l'equazione del guadagno di guadagno = Vout/ Vin. Vout è l'uscita picco-picco e Vin è l'ingresso picco-picco. Ad esempio, per testare sul generatore di funzioni, inserirei 10 mV picco-picco nel circuito, quindi dovrei ottenere un'uscita di 10V.

Passaggio 2: filtro notch

Perché è necessario?

Viene creato un filtro notch per eliminare il rumore. Poiché la maggior parte degli edifici ha una corrente CA a 60 Hz che creerebbe rumore nel circuito, abbiamo deciso di realizzare un filtro notch che attenui il segnale a 60 Hz.

Come costruirlo?

Il design del filtro notch si basa sull'immagine sopra. Le equazioni per calcolare i valori per i resistori e i condensatori sono anche elencate sopra. Abbiamo deciso di utilizzare una frequenza di 60 Hz e condensatori da 0,1 uF poiché è un valore del condensatore che avevamo. Durante il calcolo delle equazioni, abbiamo trovato che R1 e R2 sono uguali a 37, 549 kΩ e il valore di R3 è 9021,19 Ω. Per poter creare questi valori sulla nostra scheda, abbiamo utilizzato 39 kΩ per R1 e R2 e 9,1 kΩ per R3. Nel complesso, il filtro notch richiede 1 x 9,1 kΩ resistore, 2 x 39 kΩ resistore, 3 x 0,1 uF condensatore, 1 amplificatore operazionale LM741 e molti ponticelli. Lo schema per la configurazione del filtro notch sia per LTSpice che per la breadboard sono in un'immagine sopra.

Come testarlo?

La funzionalità del filtro notch può essere testata eseguendo uno sweep AC. Tutte le frequenze devono passare attraverso il filtro tranne 60 Hz. Questo può essere testato sia su LTSpice che sul circuito fisico

Passaggio 3: filtro passa basso

Perché è necessario?

È necessario un filtro passa-basso per ridurre il rumore del tuo corpo e della stanza che ci circonda. Quando si decide la frequenza di taglio per il filtro passa basso, è stato importante considerare che un battito cardiaco si verifica da 1 Hz a 3 Hz e le forme d'onda che compongono l'ECG sono vicine a 1-50 Hz.

Come costruirlo?

Abbiamo deciso di impostare la frequenza di taglio a 60 Hz in modo da poter ancora ottenere tutti i segnali utili ma anche eliminare il segnale non necessario. Nel determinare la frequenza di taglio sarebbe 70 Hz, abbiamo deciso di scegliere il valore del condensatore di 0,15 uF poiché è uno che avevamo nel nostro kit. Il calcolo per il valore del condensatore può essere visto nell'immagine. Il risultato del calcolo è stato un valore di resistenza di 17,638 kΩ. Abbiamo scelto di utilizzare un resistore da 18 kΩ. Il filtro passa basso richiede 2 resistenze da 18 kΩ, 2 condensatori da 0,15 uF, 1 amplificatore operazionale LM741 e molti ponticelli. Lo schema del filtro passa basso sia per LTSpice che per il circuito fisico può essere trovato nell'immagine.

Come testarlo?

Il filtro passa-basso può essere testato utilizzando uno sweep CA sia su LTSpice che sul circuito fisico. Quando si esegue lo sweep AC, si dovrebbe vedere che le frequenze sottostanti al cutoff sono invariate, ma le frequenze sopra il cutoff iniziano a essere filtrate.

Passaggio 4: progetto completo

Quando il circuito è completo, dovrebbe assomigliare all'immagine sopra! Ora sei pronto per attaccare gli elettrodi al tuo corpo e vedere il tuo ECG! Insieme all'oscilloscopio, l'ECG può essere visualizzato anche su Arduino.