ईसीजी और हार्ट रेट डिजिटल मॉनिटर कैसे बनाएं: 6 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:23

एक इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम (ईसीजी) दिल की धड़कन की विद्युत गतिविधि को यह दिखाने के लिए मापता है कि हृदय कितनी तेजी से धड़क रहा है और साथ ही उसकी लय भी। एक विद्युत आवेग होता है, जिसे तरंग के रूप में भी जाना जाता है, जो हृदय के माध्यम से हृदय की मांसपेशियों को प्रत्येक धड़कन के साथ रक्त पंप करने के लिए यात्रा करता है। दाएँ और बाएँ अटरिया पहली P तरंग बनाते हैं, और दाएँ और बाएँ नीचे के निलय QRS को जटिल बनाते हैं। अंतिम टी तरंग विद्युत पुनर्प्राप्ति से आराम की स्थिति में है। डॉक्टर दिल की स्थिति का निदान करने के लिए ईसीजी संकेतों का उपयोग करते हैं, इसलिए स्पष्ट चित्र प्राप्त करना महत्वपूर्ण है।

इस निर्देश का लक्ष्य एक सर्किट में एक इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर, नॉच फिल्टर और लो-पास फिल्टर को मिलाकर एक इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम (ईसीजी) सिग्नल प्राप्त करना और फ़िल्टर करना है। फिर सिग्नल बीपीएम में रीयल-टाइम ग्राफ और दिल की धड़कन का उत्पादन करने के लिए लैब व्यू में ए/डी कनवर्टर के माध्यम से जाएंगे।

"यह एक चिकित्सा उपकरण नहीं है। यह केवल सिम्युलेटेड सिग्नल का उपयोग करके शैक्षिक उद्देश्यों के लिए है। यदि वास्तविक ईसीजी माप के लिए इस सर्किट का उपयोग कर रहे हैं, तो कृपया सुनिश्चित करें कि सर्किट और सर्किट-टू-इंस्ट्रूमेंट कनेक्शन उचित अलगाव तकनीकों का उपयोग कर रहे हैं।"

चरण 1: एक इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर डिज़ाइन करें

इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर बनाने के लिए, हमें 3 op amps और 4 अलग-अलग रेसिस्टर्स की आवश्यकता होती है। एक इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर आउटपुट वेव के लाभ को बढ़ाता है। इस डिजाइन के लिए, हमने एक अच्छा संकेत प्राप्त करने के लिए 1000V के लाभ का लक्ष्य रखा है। उपयुक्त प्रतिरोधों की गणना के लिए निम्नलिखित समीकरणों का उपयोग करें जहां K1 और K2 लाभ हैं।

चरण 1: K1 = 1 + (2R2/R1)

चरण 2: K2 = -(R4/R3)

इस डिजाइन के लिए, R1 = 20.02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω का उपयोग किया गया था।

चरण 2: एक नॉच फ़िल्टर डिज़ाइन करें

दूसरे, हमें एक सेशन amp, रेसिस्टर्स और कैपेसिटर का उपयोग करके एक नॉच फिल्टर बनाना चाहिए। इस घटक का उद्देश्य 60 हर्ट्ज पर शोर को फ़िल्टर करना है। हम ठीक ६० हर्ट्ज पर फ़िल्टर करना चाहते हैं, इसलिए इस आवृत्ति के नीचे और ऊपर सब कुछ बीत जाएगा, लेकिन तरंग का आयाम ६० हर्ट्ज पर सबसे कम होगा। फ़िल्टर के मापदंडों को निर्धारित करने के लिए, हमने 1 के लाभ और 8 के गुणवत्ता कारक का उपयोग किया। उपयुक्त प्रतिरोधक मानों की गणना के लिए नीचे दिए गए समीकरणों का उपयोग करें। Q गुणवत्ता कारक है, w = 2*pi*f, f केंद्र आवृत्ति (Hz) है, B बैंडविड्थ (रेड/सेकंड) है, और wc1 और wc2 कटऑफ फ़्रीक्वेंसी (रेड/सेकंड) हैं।

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

क्यू = डब्ल्यू / बी

बी = डब्ल्यूसी2 - डब्ल्यूसी1

चरण 3: एक लो-पास फ़िल्टर डिज़ाइन करें

इस घटक का उद्देश्य एक निश्चित कटऑफ आवृत्ति (डब्ल्यूसी) से ऊपर आवृत्तियों को फ़िल्टर करना है, अनिवार्य रूप से उन्हें गुजरने की इजाजत नहीं है। हमने ईसीजी सिग्नल (150 हर्ट्ज) को मापने के लिए उपयोग की जाने वाली औसत आवृत्ति के बहुत करीब काटने से बचने के लिए 250 हर्ट्ज आवृत्ति पर फ़िल्टर करने का निर्णय लिया। इस घटक के लिए उपयोग किए जाने वाले मानों की गणना करने के लिए, हम निम्नलिखित समीकरणों का उपयोग करेंगे:

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

C2 = 10/कटऑफ आवृत्ति (हर्ट्ज)

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)

हम लाभ को 1 के रूप में सेट करेंगे, इसलिए R3 एक खुला सर्किट (कोई रोकनेवाला नहीं) बन जाता है और R4 एक शॉर्ट सर्किट (सिर्फ एक तार) बन जाता है।

चरण 4: सर्किट का परीक्षण करें

फ़िल्टर की प्रभावकारिता निर्धारित करने के लिए प्रत्येक घटक के लिए एक एसी स्वीप किया जाता है। एसी स्वीप विभिन्न आवृत्तियों पर घटक के परिमाण को मापता है। आप घटक के आधार पर विभिन्न आकृतियों को देखने की अपेक्षा करते हैं। एसी स्वीप का महत्व यह सुनिश्चित करना है कि एक बार बनने के बाद सर्किट ठीक से काम कर रहा है। प्रयोगशाला में इस परीक्षण को करने के लिए, बस वाउट/विन को कई आवृत्तियों पर रिकॉर्ड करें। इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर के लिए हमने एक विस्तृत श्रृंखला प्राप्त करने के लिए 50 से 1000 हर्ट्ज तक का परीक्षण किया। नॉच फिल्टर के लिए, हमने १० से ९० हर्ट्ज तक का परीक्षण किया ताकि यह पता चल सके कि घटक ६० हर्ट्ज के आसपास कैसे प्रतिक्रिया करता है। कम पास फिल्टर के लिए, हमने यह समझने के लिए 50 से 500 हर्ट्ज तक परीक्षण किया कि सर्किट कैसे प्रतिक्रिया करता है जब यह गुजरने वाला होता है और जब इसे रोकना होता है।

चरण 5: लैब व्यू पर ईसीजी सर्किट

इसके बाद, आप LabView में एक ब्लॉक आरेख बनाना चाहते हैं जो A/D कनवर्टर के माध्यम से ECG सिग्नल का अनुकरण करता है और फिर कंप्यूटर पर सिग्नल को प्लॉट करता है। हमने अपने DAQ बोर्ड सिग्नल के मापदंडों को निर्धारित करके शुरू किया कि हम किस औसत हृदय गति की उम्मीद कर रहे थे; हमने 60 बीट प्रति मिनट चुना। फिर 1kHz की आवृत्ति का उपयोग करके, हम यह निर्धारित करने में सक्षम थे कि तरंग प्लॉट में 2-3 ईसीजी चोटियों को प्राप्त करने के लिए हमें लगभग 3 सेकंड प्रदर्शित करने की आवश्यकता है। हमने यह सुनिश्चित करने के लिए 4 सेकंड प्रदर्शित किए कि हम पर्याप्त ईसीजी चोटियों पर कब्जा कर लें। ब्लॉक आरेख आने वाले सिग्नल को पढ़ेगा और यह निर्धारित करने के लिए पीक डिटेक्शन का उपयोग करेगा कि कितनी बार पूर्ण दिल की धड़कन हो रही है।

चरण 6: ईसीजी और हृदय गति

ब्लॉक आरेख से कोड का उपयोग करते हुए, ईसीजी तरंग बॉक्स में दिखाई देगा, और बीट्स प्रति मिनट इसके बगल में प्रदर्शित किया जाएगा। अब आपके पास एक कार्यशील हृदय गति मॉनीटर है! अपने आप को और भी अधिक चुनौती देने के लिए, अपने वास्तविक समय की हृदय गति को प्रदर्शित करने के लिए अपने सर्किट और इलेक्ट्रोड का उपयोग करने का प्रयास करें!