Merancang Monitor dan Sirkuit Digital EKG: 5 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:58

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

Tujuan dari proyek ini adalah untuk membangun sirkuit yang dapat memperkuat dan menyaring sinyal EKG, juga dikenal sebagai elektrokardiogram. EKG dapat digunakan untuk menentukan detak jantung dan irama jantung, karena mampu mendeteksi sinyal listrik yang melewati berbagai bagian jantung selama berbagai tahap siklus jantung. Di sini kami menggunakan penguat instrumentasi, filter takik, dan filter lolos rendah untuk memperkuat dan menyaring EKG. Kemudian, menggunakan LabView, denyut per menit dihitung dan representasi grafis dari EKG ditampilkan. Produk jadi dapat dilihat di atas.

Langkah 1: Penguat Instrumentasi

Gain yang diperlukan untuk penguat instrumentasi adalah 1000 V/V. Ini akan memungkinkan penguatan yang cukup dari sinyal masuk yang jauh lebih kecil. Penguat instrumentasi dipecah menjadi dua bagian, Tahap 1 dan Tahap 2. Gain setiap tingkat (K) harus sama, sehingga ketika dikalikan, gain sekitar 1000. Persamaan di bawah digunakan untuk menghitung gain.

K1 = 1 + ((2*R2)/R1)

K2 = -R4/R3

Dari persamaan tersebut didapatkan nilai R1, R2, R3, dan R4. Untuk membangun rangkaian yang terlihat pada gambar, digunakan tiga Penguat Operasional dan resistor uA741. Op amp ditenagai dengan 15V dari catu daya DC. Input dari Instrumentasi Amplifier dihubungkan ke Function Generator dan outputnya dihubungkan ke Oscilloscope. Kemudian, sapuan AC diambil, dan penguatan Penguat Instrumen ditemukan, seperti yang dapat dilihat pada plot "Penguatan Penguat Instrumen" di atas. Akhirnya, sirkuit dibuat ulang di LabView, di mana simulasi penguatan dijalankan, seperti yang dapat dilihat pada plot hitam di atas. Hasil mengkonfirmasi sirkuit bekerja dengan benar.

Langkah 2: Filter Takik

Filter takik digunakan untuk menghilangkan noise yang terjadi pada 60 Hz. Nilai komponen dapat dihitung menggunakan persamaan di bawah ini. Sebuah faktor kualitas (Q) dari 8 digunakan. C dipilih mengingat kapasitor yang tersedia.

R1 = 1/(2*Q*ω*C)

R2 = 2*Q/(ω*C)

R3 = (R1*R2)/(R1+R2)

Nilai resistor dan kapasitor ditemukan dan rangkaian di atas dibangun, nilai yang dihitung dapat dilihat di sana. Penguat operasional ditenagai oleh Catu Daya DC, dengan input terhubung ke Generator Fungsi dan output ke Osiloskop. Menjalankan Sapuan AC menghasilkan plot "Penyapu AC Filter Takik" di atas, yang menunjukkan bahwa frekuensi 60 Hz telah dihilangkan. Untuk mengkonfirmasi ini, simulasi LabView dijalankan yang mengkonfirmasi hasil.

Langkah 3: Filter Lulus Rendah

Filter lolos rendah Butterworth Orde Kedua digunakan, dengan frekuensi terputus 250Hz. Untuk memecahkan nilai resistor dan kapasitor, persamaan di bawah ini digunakan. Untuk persamaan ini, frekuensi cutoff dalam Hz diubah menjadi rad/sec, yang didapat menjadi 1570,8. Sebuah keuntungan dari K = 1 digunakan. Nilai untuk a dan b diberikan masing-masing menjadi 1,414214 dan 1.

R1 = 2 / (wc (a C2 + kuadrat(a^2 + 4 b (K - 1)) C2^2 - 4 b C1 C2))

R2 = 1/ (b C1 C2 R1 wc^2)

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

R4 = K (R1 + R2)

C1 = (C2 (a^2 + 4 b (K-1)) / (4 b)

C2 = (10 / fc)

Setelah nilai dihitung, rangkaian dibangun dengan nilai, yang dapat dilihat pada salah satu gambar di atas. Perlu dicatat bahwa karena gain 1 digunakan, R3 diganti dengan sirkuit terbuka dan R4 diganti dengan sirkuit pendek. Setelah rangkaian telah dirakit, maka op amp ditenagai dengan 15V dari Catu Daya DC. Serupa dengan komponen lain, input dan output masing-masing dihubungkan ke Generator Fungsi dan Osiloskop. Plot sapuan AC telah dibuat, terlihat pada "Low Pass Filter AC Sapu" di atas. Plot hitam dalam simulasi LabView dari sirkuit, mengkonfirmasi hasil kami.

Langkah 4: LabVIEW

Program LabVIEW yang ditunjukkan pada gambar digunakan untuk menghitung denyut per menit, dan untuk menampilkan representasi visual dari input EKG. Asisten DAQ memperoleh sinyal input dan mengatur parameter sampling. Grafik bentuk gelombang kemudian memplot input yang diterima DAQ pada UI untuk ditampilkan kepada pengguna. Beberapa analisis dilakukan pada data input. Nilai maksimum dari data input ditemukan menggunakan Pengidentifikasi Maks/Min, dan parameter untuk mendeteksi puncak diatur menggunakan Deteksi Puncak. Menggunakan susunan indeks lokasi puncak, waktu antara nilai maksimum yang diberikan oleh komponen Perubahan Waktu, dan berbagai operasi aritmatika, BPM dihitung dan ditampilkan sebagai output numerik.

Langkah 5: Sirkuit Selesai

Setelah semua komponen terhubung, sistem lengkap diuji dengan sinyal EKG yang disimulasikan. Kemudian, rangkaian tersebut digunakan untuk menyaring dan memperkuat EKG manusia dengan hasil yang ditampilkan melalui program LabView yang disebutkan di atas. Elektroda dipasang di pergelangan tangan kanan, pergelangan tangan kiri, dan pergelangan kaki kiri. Pergelangan tangan kiri dan pergelangan tangan kanan terhubung ke input amplifier instrumentasi, sedangkan pergelangan kaki kiri terhubung ke ground. Output dari low-pass filter kemudian dihubungkan ke DAQ Assistant. Menggunakan diagram blok LabView yang sama dari sebelumnya, program dijalankan. Dengan melewati EKG manusia, sinyal yang jelas dan stabil terlihat dari output sistem penuh, yang dapat dilihat pada gambar di atas.