دائرة مخطط كهربية القلب: 4 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

أهلا! كتب هذا من قبل اثنين من الطلاب الذين يدرسون حاليًا الهندسة الطبية الحيوية ويأخذون فصلًا في الدوائر. لقد أنشأنا مخطط كهربية القلب (ECG) ونحن متحمسون جدًا لمشاركته معك.

اللوازم

الإمدادات الأساسية اللازمة لهذا المشروع تشمل:

- اللوح

- مقاومات

- المكثفات

- مكبرات الصوت التشغيلية (LM741)

- أقطاب كهربائية

ستحتاج أيضًا إلى المعدات الإلكترونية المدرجة:

- DC امدادات الطاقة

- وظيفة المولد

- راسم الذبذبات

الخطوة 1: مكبر الصوت التفاضلي

لماذا هو ضروري؟

يستخدم مكبر الصوت التفاضلي لتضخيم الإشارة وتقليل الضوضاء التي يمكن أن تحدث بين الأقطاب الكهربائية. يتم تقليل الضوضاء بأخذ فرق الجهد من القطبين. من أجل تحديد قيم المقاوم اللازمة ، قررنا أننا نريد من مكبر الصوت إنشاء مكسب قدره 1000.

كيف يتم بناؤه؟

لتحقيق ذلك ، تم استخدام معادلة الكسب للمكبر التفاضلي ، ويمكن العثور على الرياضيات في الصورة المرفقة. عند الحساب ، وجد أن قيم المقاوم يجب أن تكون 100Ω و 50kΩ. ومع ذلك ، نظرًا لأنه لم يكن لدينا مقاومة 50 كيلو أوم ، فقد استخدمنا 47 كيلو أوم. يمكن رؤية إعداد مكبر الصوت التفاضلي لكل من LTSpice واللوح في الصورة المرفقة. يتطلب مكبر الصوت التفاضلي لوحة توصيل لتوصيله ، ومقاوم 1 × 100 أوم ، ومقاوم 6 × 47 كيلو أوم ، ومكبرات تشغيل 3 LM741 ، والكثير من أسلاك التوصيل.

كيف تختبرها؟

عند الاختبار في LTSpice وعلى الجهاز الفعلي ، فأنت تريد التأكد من أنه ينتج ربحًا قدره 1000. ويتم ذلك باستخدام معادلة كسب الكسب = Vout / Vin. Vout هو الذروة إلى الذروة الناتج و Vin هو الذروة إلى الذروة المدخلات. على سبيل المثال ، للاختبار على مولد الوظيفة ، أود إدخال 10 مللي فولت من الذروة إلى الذروة في الدائرة ، لذلك يجب أن أحصل على خرج 10 فولت.

الخطوة 2: تصفية الشق

لماذا هو ضروري؟

يتم إنشاء مرشح نوتش للتخلص من الضوضاء. نظرًا لأن معظم المباني بها 60 هرتز تيار متردد والذي من شأنه أن يخلق ضوضاء في الدائرة ، فقد قررنا عمل مرشح درجة من شأنه أن يخفف الإشارة عند 60 هرتز.

كيف نبنيها؟

يعتمد تصميم مرشح الشق على الصورة أعلاه. تم أيضًا سرد معادلات حساب قيم المقاومات والمكثفات أعلاه. قررنا استخدام مكثفات بتردد 60 هرتز و 0.1 فائق التوهج لأنها قيمة مكثف كانت لدينا. عند حساب المعادلات ، وجدنا أن R1 و R2 تساوي 37 و 549 kΩ وقيمة R3 تساوي 9021.19 Ω. لكي نتمكن من إنشاء هذه القيم على لوحة الدوائر الخاصة بنا ، استخدمنا 39 kΩ لـ R1 و R2 و 9.1 kΩ لـ R3. بشكل عام ، يتطلب مرشح الشق مقاومة 1 × 9.1 كيلو أوم ، ومقاوم 2 × 39 كيلو أوم ، ومكثف 3 × 0.1 فائق التوهج ، ومكبرات تشغيل 1 LM741 ، والكثير من أسلاك التوصيل. في الصورة أعلاه.

كيف تختبرها؟

يمكن اختبار وظيفة مرشح القطع عن طريق القيام بمسح التيار المتردد. يجب أن تمر جميع الترددات عبر الفلتر باستثناء 60 هرتز. يمكن اختبار ذلك على كل من LTSpice والدائرة المادية

الخطوة 3: مرشح الترددات المنخفضة

لماذا هو ضروري؟

هناك حاجة إلى مرشح الترددات المنخفضة لتقليل الضوضاء الصادرة عن جسمك والغرفة المحيطة بنا. عند تحديد تردد القطع لمرشح الترددات المنخفضة ، كان من المهم مراعاة أن نبضات القلب تحدث من 1 هرتز إلى 3 هرتز وأن الأشكال الموجية التي يتكون منها مخطط كهربية القلب تكون قريبة من 1 إلى 50 هرتز.

كيف نبنيها؟

قررنا أن نجعل تردد القطع 60 هرتز حتى نتمكن من الحصول على جميع الإشارات المفيدة ولكن أيضًا نقطع الإشارة غير الضرورية. عند تحديد تردد القطع سيكون 70 هرتز ، قررنا اختيار قيمة المكثف 0.15 فائق التوهج نظرًا لأنه واحد لدينا في مجموعتنا. يمكن رؤية حساب قيمة المكثف في الصورة. كانت نتيجة الحساب قيمة مقاومة قدرها 17.638 كيلو أوم. اخترنا استخدام المقاوم 18 كيلو أوم. يتطلب مرشح المرور المنخفض مقاومًا 2 × 18kΩ ، ومكثف 2x0.15 uF ، ومكبر تشغيل 1 LM741 ، والكثير من أسلاك العبور. يمكن العثور على مخطط مرشح التمرير المنخفض لكل من LTSpice والدائرة المادية في الصورة.

كيف تختبرها؟

يمكن اختبار مرشح الترددات المنخفضة باستخدام اكتساح التيار المتردد على كل من LTSpice والدائرة المادية. عند تشغيل اكتساح التيار المتردد ، يجب أن ترى الترددات أدناه للقطع لم تتغير ، لكن الترددات فوق الحد الأقصى تبدأ في التصفية.

الخطوة 4: إكمال المشروع

عند اكتمال الدائرة ، يجب أن تبدو مثل الصورة أعلاه! أنت الآن جاهز لتوصيل الأقطاب الكهربائية بجسمك ورؤية مخطط كهربية القلب! إلى جانب الذبذبات ، يمكن أيضًا عرض مخطط كهربية القلب على Arduino.