ԷՍԳ միացում (PSpice, LabVIEW, Breadboard) ՝ 3 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:51

Նշում. Սա բժշկական սարք չէ: Սա կրթական նպատակների համար է `միայն մոդելավորված ազդանշանների օգտագործմամբ: Եթե այս սխեման օգտագործում եք ԷՍԳ իրական չափումների համար, համոզվեք, որ միացումն ու գործիքը միացումն օգտագործում են մեկուսացման համապատասխան տեխնիկա:

Այս հրահանգը ուղեցույց է `մոդելավորելու, կառուցելու և փորձարկելու համար միացում, որը ընդունում, զտում և ուժեղացնում է ԷՍԳ ազդանշանները: Ձեզ անհրաժեշտ կլինի սխեմաների և մի քանի գործիքների մասին հիմնական գիտելիք `այս ուսանելիի ամբողջականությունն իրականացնելու համար:

Էլեկտրասրտագրությունը (ԷՍԳ կամ ԷԿԳ) ցավազուրկ, ոչ ինվազիվ թեստ է, որը գրանցում է սրտի էլեկտրական ակտիվությունը և օգտագործվում է հիվանդի սրտի վիճակի մասին պատկերացում կազմելու համար: ԷՍԳ -ի ընթերցումը հաջողությամբ մոդելավորելու համար սրտի մուտքային ազդանշանները պետք է ուժեղացնել (գործիքային ուժեղացուցիչ) և զտել (խազ և ցածր անցման զտիչներ): Այս բաղադրիչները ստեղծվել են ֆիզիկապես և սխեմայի սիմուլյատորի վրա: Ապահովելու համար, որ յուրաքանչյուր բաղադրիչ ճիշտ ազդանշան է ուժեղացնում կամ զտում, AC մաքրում կարող է իրականացվել PSpice- ի միջոցով և փորձարարական եղանակով: Յուրաքանչյուր բաղադրիչի առանձին հաջողությամբ փորձարկումից հետո սրտի ազդանշանը կարող է մուտքագրվել ավարտված սխեմայի միջոցով, որը բաղկացած է գործիքավորման ուժեղացուցիչից, խազ ֆիլտրից և ցածր փոխանցման զտիչից: Դրանից հետո մարդու ԷՍԳ ազդանշանը կարող է մուտքագրվել ԷՍԳ -ի և LabVIEW- ի միջոցով: Ինչպես մոդելավորված ալիքի ձևը, այնպես էլ մարդու սրտի ազդանշանը կարող են անցնել LabVIEW- ի միջոցով `մուտքային ազդանշանի րոպեում (BPM) զարկերը հաշվելու համար: Ընդհանուր առմամբ, մուտքային սրտային ազդանշանը և մարդկային ազդանշանը պետք է կարողանան հաջողությամբ ուժեղացնել և զտել ՝ նմանեցնելով ԷՍԳ -ի ՝ օգտագործելով միացման հմտություններ ՝ գործիքավորման ուժեղացուցիչի, խազ ֆիլտրի և ցածր անցման ֆիլտրի սխեման նախագծելու, փոփոխելու և փորձարկելու համար:

Քայլ 1: Համակարգչային սխեմայի մոդելավորում

Դուք կարող եք օգտագործել ցանկացած ծրագրակազմ, որը առկա է ՝ մեր ստեղծած շրջանը մոդելավորելու համար: Ես օգտագործել եմ PSpice- ը, դրա համար ես կբացատրեմ մանրամասները, բայց բաղադրիչի արժեքները (ռեզիստորներ, կոնդենսատորներ և այլն) և հիմնական հեռացումները բոլորը նույնն են, այնպես որ ազատ զգացեք այլ բան օգտագործել (օրինակ ՝ circuitlab.com).

Հաշվարկել բաղադրիչի արժեքները

1. Նախ `գործիքների ուժեղացուցիչի արժեքները որոշելը (տես նկարը): Նկարում պատկերված արժեքները որոշվել են 1000 -ի ցանկալի շահումով: Դա նշանակում է, որ ինչ էլ որ մուտքագրեք լարումը, որը դուք մատակարարում եք շրջանի այս հատվածը, այն «կուժեղացնի» շահույթի արժեքով: Օրինակ, եթե դուք տրամադրում եք 1 Վ, ինչպես ես արեցի, ելքը պետք է լինի 1000 Վ: Այս գործիքավորման ուժեղացուցիչի երկու մաս կա, ուստի շահույթը նրանց միջև բաժանվում է որպես K1 և K2: Տեսեք ներառված նկարը, մենք ցանկանում ենք, որ շահումները մոտ լինեն (դրա համար նկարի հավասարումը 2), նկարի 2 և 3 հավասարումները հայտնաբերվում են հանգուցային անալիզով, այնուհետև կարող են հաշվարկվել դիմադրության արժեքները (տես նկարը):
2. Խափանման ֆիլտրի համար դիմադրության արժեքները որոշվել են `սահմանելով որակի գործակիցը` Q, 8, և քանի որ մենք գիտեինք, որ ունենք շատ 0.022uF կոնդենսատորներ, ապա մենք առաջ շարժվեցինք այս երկու պայմանների օգտագործմամբ հաշվարկներում: Արժեքները հաշվարկելու համար տե՛ս նկարը 5 - 10 հավասարումներով: Կամ օգտագործեք R1 = 753.575Ω, R2 = 192195Ω, R3 = 750.643Ω, ինչը և արեցինք:
3. Lowածր անցումային ֆիլտրը պետք է հեռացնի որոշակի հաճախականությունից բարձր աղմուկը, որը մենք գտանք առցանց, որ ԷՍԳ -ի համար լավ է օգտագործել անջատիչ հաճախականությունը 250 Հց -ի համար: Այս հաճախականությունից և 11-15-ի հավասարումներից (ստուգեք նկարը) հաշվարկեք ձեր ցածր փոխանցման զտիչի դիմադրության արժեքները: R3- ին վերաբերեք որպես բաց միացում, իսկ R4- ին ՝ որպես կարճ միացում ՝ K = 1. շահույթ ստանալու համար: Մենք հաշվարկել ենք R1 = 15, 300 ohms, R2 = 25, 600 ohms, C1 = 0.022 uF, C2 = 0.047 uF:

Բացեք և կառուցեք PSpice- ի վրա

Այս բոլոր արժեքներով սկսեք PSpice - Բացեք «OrCAD Capture CIS» - ը, եթե բացվի Cadence Project Choices- ի համար ընտրեք «Allegro PCB Design CIS L», բացեք ֆայլ -> նոր նախագիծ, մուտքագրեք դրա համար խելացի անուն, ընտրեք ստեղծել նախագիծ: օգտագործելով անալոգային կամ խառը A/D, ընտրեք «ստեղծել դատարկ նախագիծ», տեսեք ձեր ծրագրի ֆայլերի կազմակերպման պատկերը, յուրաքանչյուր էջի ներսում է, որտեղ դուք կկազմեք բաղադրիչները (դիմադրիչներ, կոնդենսատորներ և այլն) `ձեր մասի կառուցման համար: միացում, որը ցանկանում եք: Յուրաքանչյուր էջում կտտացրեք վերևի գործիքագոտու հատվածին և կտտացրեք մասին ՝ մասերի ցուցակ բացելու համար, որտեղ փնտրում եք դիմադրիչներ, կոնդենսատորներ, գործառնական ուժեղացուցիչներ և էներգիայի աղբյուրներ: Նաև վայրէջքի վայրում դուք կգտնեք հող և մետաղալար, որը ձեզ հարկավոր կլինի օգտագործել: Այժմ նախագծեք ձեր էջերից յուրաքանչյուրը, ինչպես երևում է ներառված նկարներում, օգտագործելով ձեր հաշվարկած արժեքները:

Գործարկեք AC Sweeps- ը `ապահովելու համար, որ ֆիլտրումն ու ուժեղացումն իրականում կատարվում են այնպես, ինչպես դուք սպասում եք:

Դրանց մոդելավորման համար ես ավելացրեցի երկու գործիչ: Ուշադրություն դարձրեք 60 Հց հաճախականությանը և զտեք բարձր հաճախականությունները: Ուշադրություն դարձրեք տողի գույներին և պիտակավորված հետքի արտահայտություններին: Ես նաև ամբողջ շրջանն անցկացրեցի միասին, այնպես որ դուք պետք է պատկերացում կազմեք, թե ինչ պետք է ակնկալեք:

Մաքրման համար ընտրեք PSpice, կտտացրեք PSpice, New Simulation Profile, փոխեք AC Sweep և սահմանեք ցանկալի հաճախականությունները սկզբի, կանգառի և ավելացման արժեքի համար: PSpice- ի ընտրացանկի ներքո ես նաև ընտրեցի մարկերներ, առաջադեմ և ընտրեցի լարման դԲ և նշիչը դրեցի այնտեղ, որտեղ ուզում էի չափել ելքը, ինչը հետագայում օգնում է, որպեսզի ստիպված չլինեք ձեռքով ավելացնել հետքի փոփոխիչ: Այնուհետև նորից փաթեթավորեք PSpice ընտրացանկի կոճակը և ընտրեք Գործարկել կամ պարզապես սեղմեք F11: Երբ սիմուլյատորը բացվում է, անհրաժեշտության դեպքում.

Գործիքների ուժեղացուցիչ. Օգտագործեք uA741- ը բոլոր երեք ուժեղացուցիչների համար և ուշադրություն դարձրեք, որ նկարների ուժեղացուցիչները հղված են ըստ իրենց համապատասխան պիտակի (U4, U5, U6): Գործարկեք ձեր AC մաքրումը PSpice- ի վրա `սխեմայի հաճախականության արձագանքը մեկ լարման մուտքով հաշվարկելու համար, որպեսզի լարման ելքը այս դեպքում հավասար լինի շահույթին (1000):

Notտիչ զտիչ. Օգտագործեք մեկ լարման AC էներգիայի աղբյուր, ինչպես երևում է նկարում և գործառնական ուժեղացուցիչ uA741- ով և համոզվեք, որ միացրեք ձեր օգտագործած ամեն մի գործարկիչ (սնուցվում է 15 Վ լարման հոսանքով): Գործարկեք AC մաքրումը, ես խորհուրդ եմ տալիս 30 -ից 100 Հց 10 Հց հավելումով `ապահովելու համար 60 Հց -ի մակարդակը, որը կզտեր էլեկտրական ազդանշանները:

Lowածր փոխանցման զտիչ. Օգտագործեք uA741 գործառնական ուժեղացուցիչը (տե՛ս նկարը, ինչպես մերն էր պիտակավորված U1) և միացրեք էլեկտրագծին մեկ վոլտ AC հոսանք: Էլեկտրաէներգիայի ուժեղացուցիչները սնուցեք DC 15 վոլտ հզորությամբ և չափեք AC հոսքի ելքը U1- ի 6 -րդ կապում, որը կապվում է նկարում տեսած մետաղալարերի հետ: AC հոսքը օգտագործվում է միացման հաճախականության արձագանքը հաշվարկելու համար, և ձեր սահմանած մեկ լարման մուտքի դեպքում լարման ելքը պետք է հավասար լինի շահույթին `1:

Քայլ 2. Կառուցեք ֆիզիկական շրջանը գրատախտակի վրա

Սա կարող է դժվար լինել, բայց ես լիովին հավատում եմ ձեզ: Օգտագործեք ձեր ստեղծած և փորձարկված արժեքները և սխեմաները (հուսով եք գիտեք, որ դրանք աշխատում են սխեմայի սիմուլյատորի շնորհիվ) `սա հացահատիկի վրա կառուցելու համար: Համոզվեք, որ ամբողջ ուժը (1 Vp-p ֆունկցիայի գեներատորի միջոցով) սկզբում կիրառում եք ոչ բոլոր փուլերում, եթե ամբողջ սխեման փորձարկվում է, ամբողջ սխեմայի փորձարկման համար միացրեք յուրաքանչյուր մաս (գործիքների ուժեղացուցիչը զտիչը ցածր անցման համար), համոզվեք, որ մատակարարեք V+ և V- (15V) յուրաքանչյուր օպտիկական ուժեղացուցիչին, և դուք կարող եք ստուգել առանձին փուլերը ՝ օքսիլոսկոպով տարբեր հաճախականությունների չափման ելքով, որպեսզի համոզվեք, որ դրա նման ֆիլտրացումը գործում է: Դուք կարող եք օգտագործել ներկառուցված սրտային ալիքի ձևը ֆունկցիայի գեներատորի վրա, երբ ամբողջ շղթան միասին փորձարկեք և այնուհետև կտեսնեք QRS ալիքի ձևը, ինչպես և սպասվում էր: Մի փոքր հիասթափությամբ և համառությամբ դուք պետք է կարողանաք ֆիզիկապես կառուցել սա:

Մենք նաև ավելացրեցինք 0.1uF գոտու կոնդենսատոր `զուգահեռաբար, PSpice- ում պատկերված op amp հզորություններին:

Ահա որոշ խորհուրդներ առանձին բաղադրիչներ կառուցելիս.

Գործիքների ուժեղացուցիչի համար, եթե դժվարանում եք գտնել սխալի աղբյուրը, ստուգեք երեք օփ-ամպերի յուրաքանչյուր առանձին ելք: Բացի այդ, համոզվեք, որ էներգիայի աղբյուրը և մուտքը ճիշտ եք մատակարարում: Էլեկտրաէներգիայի աղբյուրը պետք է միացված լինի 4-րդ և 7-րդ փիներին, իսկ լարման մուտքն ու ելքը `առաջին փուլի op-amps- ի 3-րդ կապերին:

Notանապարհային զտիչի համար անհրաժեշտ էր որոշ ճշգրտումներ կատարել ռեզիստորի արժեքներին, որպեսզի ֆիլտրը դուրս գա 60 Հց հաճախականությամբ: Եթե զտումը տեղի է ունենում 60 Հց -ից բարձր, ապա դիմադրողներից մեկի ավելացումը (մենք հարմարեցրել ենք 2 -ը) կօգնի իջեցնել ֆիլտրի հաճախականությունը (հակառակն աճելու է):

Lowածր անցումային ֆիլտրի համար դիմադրության պարզ արժեքների ապահովումը (դուք արդեն ունեք ռեզիստորներ) զգալիորեն կնվազեցնի սխալը:

Քայլ 3. LabVIEW ՝ ԷՍԳ ալիքի ձևը կազմելու և սրտի զարկը հաշվարկելու համար (րոպեում զարկերակ)

LabVIEW- ում դուք կստեղծեք բլոկ -դիագրամ և ինտերֆեյս, որն այն հատվածն է, որը ցույց կտա ԷՍԳ ալիքի ձևը գրաֆիկի վրա ՝ որպես ժամանակի ֆունկցիա և կցուցադրի սրտի զարկերի թվային համար: Ես կցեցի մի պատկեր, թե ինչ կարելի է կառուցել labVIEW- ի վրա: Դուք կարող եք օգտագործել որոնման տողը `անհրաժեշտ բաղադրիչները գտնելու համար: Եղեք համբերատար այս հարցում, և կարող եք նաև օգտագործել օգնությունը ՝ յուրաքանչյուր կտորի մասին կարդալու համար:

Համոզվեք, որ օգտագործեք ֆիզիկական DAQ ՝ ձեր միացումը համակարգչին միացնելու համար: DAQ օգնականի վրա փոխեք ձեր նմուշառումը շարունակական և 4k:

Ահա մի քանի խորհուրդ դիագրամ կառուցելու վերաբերյալ.

• DAQ օգնականի կապը դուրս է գալիս «տվյալներ» և «դադար»:
• DAQ օգնական `« ալիքի ձևի մեջ »նվազագույն առավելագույնի վրա:
• Աջ սեղմեք, ստեղծեք և ընտրեք հաստատուն նկարում պատկերված թվի համար:
• Աջ սեղմեք, ընտրեք տարրը, dt, սա t0- ը dt փոխելու համար է
• Պիկ հայտնաբերումը կապեր ունի «ազդանշանի ներսում», «շեմի» և «լայնության» վրա
• Միացեք «զանգվածին», իսկ հաստատունները ՝ «ինդեքսին»
• Համոզվեք, որ DAQ տախտակի ֆիզիկական քորոցը (այսինքն ՝ անալոգը 8) DAQ օգնականի ընտրած պինն է (տես նկարը)

Ներառված «IMG_9875.mov» տեսաֆիլմը համակարգչից է, որը ցույց է տալիս LabVIEW- ի VI Օգտվողի միջերեսը, որը ցույց է տալիս փոփոխվող ԷԿԳ ալիքի ձևը և զարկերը մեկ րոպեի վրա ՝ ելնելով մուտքագրումից (լսեք, երբ հայտարարված է, թե ինչ հաճախականություն է փոխվում):

Փորձարկեք ձեր դիզայնը ՝ ուղարկելով 1 Հց հաճախականության մուտք և այն կունենա մաքուր ալիքի ձև (տես նկարի հետ համեմատելու համար), բայց դուք պետք է կարողանաք կարդալ րոպեում 60 զարկ:

Ձեր պատրաստածը կարող է օգտագործվել նաև մարդու ԷՍԳ ազդանշանը կարդալու համար պարզապես հաճույքի համար, քանի որ սա բժշկական սարք չէ: Դուք դեռ պետք է զգույշ լինեք, չնայած դիզայնին մատակարարվող ընթացիկին: Կցված մակերևույթի էլեկտրոդներ `դրական ձախ կոճին, բացասական` աջ դաստակին և հիմք ամրացնել աջ կոճին: Գործարկեք ձեր labVIEW- ը և կտեսնեք, որ ալիքի ձևը հայտնվում է գրաֆիկի վրա, և րոպեում զարկերը նույնպես հայտնվում են թվային ցուցադրման վանդակում: