Elektrokardiogram (EKG) mengukur aktivitas listrik detak jantung untuk menunjukkan seberapa cepat jantung berdebar serta irama. Ada impuls listrik, juga dikenal sebagai gelombang, yang bergerak melalui jantung untuk membuat otot jantung memompa darah dengan setiap denyutnya. Atria kanan dan kiri menciptakan gelombang P pertama, dan ventrikel bawah kanan dan kiri membuat kompleks QRS. Gelombang T terakhir adalah dari pemulihan listrik ke keadaan istirahat. Dokter menggunakan sinyal EKG untuk mendiagnosis kondisi jantung, jadi penting untuk mendapatkan gambar yang jelas.
Tujuan instruksi ini adalah untuk memperoleh dan memfilter sinyal elektrokardiogram (EKG) dengan menggabungkan penguat instrumentasi, takik filter, dan filter low-pass dalam suatu rangkaian. Kemudian sinyal akan melalui konverter A / D ke LabView untuk menghasilkan grafik real-time dan detak jantung dalam BPM.
"Ini bukan perangkat medis. Ini untuk tujuan pendidikan hanya menggunakan sinyal simulasi. Jika menggunakan sirkuit ini untuk pengukuran EKG nyata, harap pastikan sirkuit dan koneksi sirkuit ke instrumen menggunakan teknik isolasi yang tepat."
Persediaan:
Langkah 1: Desain Penguat Instrumentasi
Untuk membangun amplifier instrumentasi, kita memerlukan 3 op amp dan 4 resistor yang berbeda. Penguat instrumentasi meningkatkan penguatan gelombang output. Untuk desain ini, kami bertujuan untuk mendapatkan 1000V untuk mendapatkan sinyal yang baik. Gunakan persamaan berikut untuk menghitung resistor yang sesuai di mana K1 dan K2 adalah gain.
Tahap 1: K1 = 1 + (2R2 / R1)
Tahap 2: K2 = - (R4 / R3)
Untuk desain ini, R1 = 20.02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω digunakan.
Langkah 2: Rancang Filter Takik
Kedua, kita harus membangun filter takik menggunakan op amp, resistor, dan kapasitor. Tujuan dari komponen ini adalah untuk menyaring kebisingan pada 60 Hz. Kami ingin memfilter tepat pada 60 Hz, jadi semua yang di bawah dan di atas frekuensi ini akan berlalu, tetapi amplitudo bentuk gelombang akan terendah pada 60 Hz. Untuk menentukan parameter filter, kami menggunakan gain 1 dan faktor kualitas 8. Gunakan persamaan di bawah ini untuk menghitung nilai resistor yang sesuai. Q adalah faktor kualitas, w = 2 * pi * f, f adalah frekuensi pusat (Hz), B adalah bandwidth (rad / detik), dan wc1 dan wc2 adalah frekuensi cutoff (rad / detik).
R1 = 1 / (2QwC)
R2 = 2Q / (wC)
R3 = (R1 + R2) / (R1 + R2)
Q = b / B
B = wc2 - wc1
Langkah 3: Desain Filter Low-pass
Tujuan dari komponen ini adalah untuk menyaring frekuensi di atas frekuensi cutoff tertentu (wc), pada dasarnya tidak memungkinkan mereka untuk melewatinya. Kami memutuskan untuk memfilter pada frekuensi 250 Hz untuk menghindari pemotongan terlalu dekat dengan frekuensi rata-rata yang digunakan untuk mengukur sinyal EKG (150 Hz). Untuk menghitung nilai yang akan kami gunakan untuk komponen ini, kami akan menggunakan persamaan berikut:
C1 <= C2 (a ^ 2 + 4b (k-1)) / 4b
C2 = 10 / frekuensi cutoff (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)
Kami akan mengatur gain sebagai 1, jadi R3 menjadi sirkuit terbuka (tanpa resistor) dan R4 menjadi sirkuit pendek (hanya kabel).
Langkah 4: Uji Sirkuit
Sapuan AC dilakukan untuk setiap komponen untuk menentukan kemanjuran filter. Sapu AC mengukur besarnya komponen pada frekuensi yang berbeda. Anda berharap melihat bentuk yang berbeda tergantung pada komponennya. Pentingnya sapuan AC adalah untuk memastikan bahwa sirkuit berfungsi dengan baik setelah dibangun. Untuk melakukan tes ini di lab, cukup rekam Vout / Vin pada rentang frekuensi. Untuk amplifier instrumentasi kami menguji dari 50 hingga 1000 Hz untuk mendapatkan jangkauan yang luas. Untuk filter takik, kami menguji dari 10 hingga 90 Hz untuk mendapatkan ide yang baik tentang bagaimana komponen bereaksi sekitar 60 Hz. Untuk low pass filter, kami menguji dari 50 hingga 500 Hz untuk memahami bagaimana rangkaian bereaksi ketika itu dimaksudkan untuk lewat dan kapan itu dimaksudkan untuk berhenti.
Langkah 5: Sirkuit EKG di LabView
Selanjutnya, Anda ingin membuat diagram blok di LabView yang mensimulasikan sinyal EKG melalui konverter A / D dan kemudian memplot sinyal di komputer. Kami mulai dengan mengatur parameter sinyal papan DAQ kami dengan menentukan berapa rata-rata detak jantung yang kami harapkan; kami memilih 60 denyut per menit. Kemudian menggunakan frekuensi 1kHz, kami dapat menentukan bahwa kami perlu menampilkan sekitar 3 detik untuk mendapatkan 2-3 puncak EKG dalam plot gelombang. Kami ditampilkan 4 detik untuk memastikan kami menangkap cukup puncak EKG. Diagram blok akan membaca sinyal yang masuk dan menggunakan deteksi puncak untuk menentukan seberapa sering detak jantung penuh terjadi.
Langkah 6: EKG dan Detak Jantung
Dengan menggunakan kode dari diagram blok, EKG akan muncul di kotak gelombang, dan detak per menit akan ditampilkan di sebelahnya. Anda sekarang memiliki monitor detak jantung yang berfungsi! Untuk lebih menantang diri Anda, coba gunakan sirkuit dan elektroda Anda untuk menampilkan detak jantung real-time Anda!
