ส่วนต่อประสานผู้ใช้เสมือน ECG และอัตราการเต้นของหัวใจ: 9 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

สำหรับคำแนะนำนี้ เราจะแสดงวิธีสร้างวงจรเพื่อรับการเต้นของหัวใจและแสดงบนอินเทอร์เฟซผู้ใช้เสมือน (VUI) พร้อมเอาต์พุตกราฟิกของการเต้นของหัวใจและอัตราการเต้นของหัวใจ สิ่งนี้ต้องการการผสมผสานระหว่างส่วนประกอบวงจรและซอฟต์แวร์ LabView ที่ค่อนข้างง่ายเพื่อวิเคราะห์และส่งออกข้อมูล นี่ไม่ใช่เครื่องมือแพทย์ นี่เป็นเพื่อการศึกษาโดยใช้สัญญาณจำลองเท่านั้น หากใช้วงจรนี้สำหรับการวัด ECG จริง โปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าวงจรและการเชื่อมต่อระหว่างวงจรกับเครื่องมือใช้เทคนิคการแยกที่เหมาะสม

วัสดุ

วงจร:

• เขียงหั่นขนม:
• ตัวต้านทาน:
• ตัวเก็บประจุ:
• แอมป์สำรอง:
• สายไฟวงจร (รวมอยู่ในลิงค์ Breadboard)
• คลิปจระเข้
• คอร์ดกล้วย
• พาวเวอร์ซัพพลาย Agilent E3631A DC
• เครื่องกำเนิดฟังก์ชัน
• ออสซิลโลสโคป

แล็บวิว:

• ซอฟต์แวร์ LabView
• กระดาน DAQ
• สายไฟวงจร
• อินพุตอนาล็อกที่แยกออกมา
• เครื่องกำเนิดฟังก์ชัน

ขั้นตอนที่ 1: กำหนดตัวกรองและแอมพลิฟายเออร์ที่จะใช้

เพื่อแสดงสัญญาณ ECG วงจรสามขั้นตอนได้รับการออกแบบและใช้งาน: แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัด, ฟิลเตอร์บากและฟิลเตอร์โลว์พาส แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือขยายสัญญาณเมื่อได้รับจากวัตถุมักจะมีขนาดเล็กมากและมองเห็นและวิเคราะห์ได้ยาก ตัวกรองรอยบากใช้เพื่อขจัดเสียงรบกวนที่ 60Hz เนื่องจากสัญญาณ ECG ไม่มีสัญญาณที่ 60Hz สุดท้าย ตัวกรองความถี่ต่ำผ่านจะขจัดความถี่ที่สูงขึ้นเพื่อขจัดสัญญาณรบกวนออกจากสัญญาณ และเมื่อใช้ร่วมกับตัวกรองรอยบากจะอนุญาตเฉพาะในความถี่ที่แสดงในสัญญาณ ECG เท่านั้น

ขั้นตอนที่ 2: สร้างเครื่องขยายสัญญาณเครื่องมือและทดสอบ

แอมพลิฟายเออร์จำเป็นต้องมีเกน 1000 V/V และอย่างที่เห็น แอมพลิฟายเออร์ประกอบด้วยสองขั้นตอน ดังนั้น เกนจะต้องกระจายอย่างเท่าเทียมกันระหว่างสองสเตจ โดย K1 เป็นเกนของสเตจแรก และ K2 เป็นเกนของสเตจที่สอง เรากำหนดให้ K1 เป็น 40 และ K2 เป็น 25 ค่าเหล่านี้เป็นค่าที่ยอมรับได้เนื่องจากเมื่อคูณเข้าด้วยกัน จะได้กำไร 1,000 V/V 40 x 25 = 1,000 และมีค่าเทียบเท่ากับ ความแปรปรวน 15 V/V การใช้ค่าเหล่านี้สำหรับเกน สามารถคำนวณความต้านทานที่เหมาะสมได้ สมการต่อไปนี้ใช้สำหรับการคำนวณเหล่านี้:

ระยะที่ 1 กำไร: K1 = 1 + 2R2R1 (1)

ระยะที่ 2 กำไร: K2 = -R4R3 (2)

เราเลือกค่า R1 โดยพลการ ในกรณีนี้คือ 1 kΩ แล้วจึงหาค่า R2 ในภายหลัง เสียบค่าก่อนหน้าเหล่านั้นลงในสมการสำหรับระยะที่ 1 เราได้รับ:

40 = 1 + 2R2*1000⇒R2 = 19, 500 Ω

สิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าเมื่อเลือกความต้านทาน ความต้านทานอยู่ในช่วง kOhm เนื่องจากกฎทั่วไปที่ว่ายิ่งตัวต้านทานมีขนาดใหญ่เท่าใด พลังงานก็จะยิ่งกระจายได้อย่างปลอดภัยโดยไม่เกิดความเสียหาย หากความต้านทานน้อยเกินไปและมีกระแสไฟฟ้ามากเกินไป ตัวต้านทานจะเกิดความเสียหายและตัววงจรจะไม่สามารถทำงานได้ ตามโปรโตคอลเดียวกันสำหรับระยะที่ 2 เราเลือกค่า R3, 1 kΩ โดยพลการ แล้วแก้ไขหา R4 เสียบค่าก่อนหน้าลงในสมการเพื่อให้ได้ระยะที่ 2 เราจะได้ 25 = -R4*1000 ⇒R4= 25000 Ω

เครื่องหมายลบถูกปฏิเสธเนื่องจากแนวต้านไม่สามารถเป็นลบได้ เมื่อคุณมีค่าเหล่านี้แล้ว ให้สร้างวงจรต่อไปนี้ตามภาพ แล้วทดสอบ!

แหล่งจ่ายไฟ DC Agilent E3631A DC ให้พลังงานแก่แอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานที่มีเอาต์พุต +15 V และ -15 V ไปที่พิน 4 และ 7 ตั้งค่าตัวสร้างฟังก์ชันให้ส่งสัญญาณรูปคลื่นหัวใจด้วยความถี่ 1 kHz, Vpp 12.7 mV, และออฟเซ็ต 0 V อินพุตนี้ควรเป็นพิน 3 ของแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานในระยะแรกของวงจร เอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ที่มาจากพิน 6 ของแอมพลิฟายเออร์สำหรับการดำเนินงานของสเตจที่สอง จะแสดงบนช่อง 1 ของออสซิลโลสโคป และวัดและบันทึกแรงดันไฟฟ้าจากยอดถึงยอด เพื่อให้แน่ใจว่าแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดมีอัตราขยายอย่างน้อย 1,000 V/V แรงดันไฟฟ้าจากจุดสูงสุดถึงจุดสูงสุดควรเป็นอย่างน้อย 12.7 V

ขั้นตอนที่ 3: สร้างตัวกรอง Notch และทดสอบ

จำเป็นต้องใช้ตัวกรองรอยบากเพื่อขจัดสัญญาณรบกวน 60 Hz ออกจากสัญญาณชีวภาพ นอกเหนือจากข้อกำหนดนี้ เนื่องจากตัวกรองนี้ไม่จำเป็นต้องรวมการขยายเพิ่มเติมใดๆ ปัจจัยด้านคุณภาพจึงถูกตั้งค่าเป็น 1 เช่นเดียวกับแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัด ก่อนอื่นเรากำหนดค่าสำหรับ R1, R2, R3 และ C โดยใช้การออกแบบต่อไปนี้ สมการสำหรับตัวกรองรอยบาก:R1= 1/(2Q⍵0C)

R2= 2Q/(⍵0C)

R3= R1R/(2R1 + R2)

Q = ⍵0/β

β= ⍵c2 -⍵c1

โดยที่ Q = ปัจจัยด้านคุณภาพ

⍵0= 2πf0= ความถี่กลาง หน่วยเป็น rad/sec

f0= ความถี่กลาง หน่วยเป็น Hz

β = แบนด์วิดท์ในหน่วย rad/sec

⍵c1, ⍵c2= ความถี่ตัด (rad/วินาที)

เราเลือกค่า C โดยพลการ ในกรณีนี้คือ 0.15 µF แล้วจึงหาค่า R1 ในภายหลัง เสียบค่าก่อนหน้าที่ระบุไว้ของปัจจัยด้านคุณภาพ ความถี่กลาง และความจุ เราได้รับ:

R1= 1/(2(1)(2π60)(0.15x10-6))= 1105.25 Ω

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้นเมื่อกล่าวถึงการออกแบบเครื่องขยายสัญญาณเครื่องมือวัด ยังคงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องแน่ใจว่าเมื่อแก้หาค่าความต้านทานที่อยู่ในช่วง kOhm จึงไม่เกิดความเสียหายกับวงจร หากค่าความต้านทานมีค่าน้อยเกินไปเมื่อแก้หาค่าความต้านทาน ควรเปลี่ยนค่า เช่น ความจุ เพื่อให้แน่ใจว่าสิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้น ในทำนองเดียวกันกับการแก้สมการสำหรับ R1, R2 และ R3สามารถแก้ไขได้:

R2= 2(1)/[(2π60)(0.15x10-6)]= 289.9 kΩ

R3= (1105.25)(289.9x103)/[(1105.25) + (289.9x103)]= 1095.84 Ω

นอกจากนี้ ให้แก้หาแบนด์วิดธ์เพื่อให้เป็นค่าทางทฤษฎีเพื่อเปรียบเทียบกับค่าทดลองในภายหลัง:

1 = (2π60)/β⇒β = 47.12 rad/วินาที

เมื่อคุณทราบค่าความต้านทานแล้ว ให้สร้างวงจรบนเขียงหั่นขนม

เฉพาะขั้นตอนนี้ของวงจรเท่านั้นที่จะทำการทดสอบ ณ จุดนี้ ดังนั้นจึงไม่ควรเชื่อมต่อกับเครื่องขยายสัญญาณเครื่องมือวัด แหล่งจ่ายไฟ DC รุ่น Agilent E3631A ใช้เพื่อจ่ายไฟให้กับแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานที่มีเอาต์พุต +15 V และ -15 V ไปที่พิน 4 และ 7 เครื่องกำเนิดฟังก์ชันถูกตั้งค่าให้ส่งสัญญาณรูปคลื่นไซน์ที่มีความถี่เริ่มต้น 10 Hz, a Vpp 1 V และออฟเซ็ต 0 V อินพุตบวกควรเชื่อมต่อกับ R1 และอินพุตเชิงลบควรเชื่อมต่อกับกราวด์ อินพุตควรเชื่อมต่อกับช่อง 1 ของออสซิลโลสโคป เอาต์พุตของตัวกรองรอยบากที่มาจากพิน 6 ของแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานจะแสดงบนช่อง 2 ของออสซิลโลสโคป AC กวาดถูกวัดและบันทึกโดยเปลี่ยนความถี่จาก 10 Hz ถึง 100 Hz ความถี่สามารถเพิ่มได้ทีละ 10 Hz จนถึงความถี่ 50 จากนั้นจึงใช้การเพิ่มทีละ 2 Hz จนถึง 59 Hz เมื่อถึง 59 Hz แล้ว ควรเพิ่มทีละ 0.1 Hz จากนั้น เมื่อถึง 60 Hz แล้ว การเพิ่มขึ้นจะเพิ่มขึ้นได้อีกครั้ง อัตราส่วน Vout/Vin และมุมเฟสจะถูกบันทึก หากอัตราส่วน Vout/Vin ไม่น้อยกว่าหรือเท่ากับ -20 dB ที่ 60 Hz จะต้องเปลี่ยนค่าความต้านทานเพื่อให้แน่ใจว่าอัตราส่วนนี้ จากนั้นสร้างพล็อตการตอบสนองความถี่และพล็อตการตอบสนองเฟสจากข้อมูลนี้ การตอบสนองความถี่ควรมีลักษณะเช่นนั้นในกราฟ ซึ่งพิสูจน์ว่าความถี่รอบ 60Hz ถูกลบออกไป ซึ่งเป็นสิ่งที่คุณต้องการ!

ขั้นตอนที่ 4: สร้าง Low-pass Filter และทดสอบ

ความถี่ตัดของตัวกรองความถี่ต่ำผ่านถูกกำหนดเป็น 150 Hz ค่านี้ถูกเลือกเนื่องจากคุณต้องการคงความถี่ทั้งหมดที่มีอยู่ใน ECG ในขณะที่เอาสัญญาณรบกวนส่วนเกินออก ซึ่งพบโดยเฉพาะที่ความถี่สูง ความถี่ของคลื่น T อยู่ในช่วง 0-10 Hz คลื่น P อยู่ในช่วง 5-30 Hz และ QRS complex ในช่วง 8-50 Hz อย่างไรก็ตาม การนำหัวใจห้องล่างผิดปกตินั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยความถี่ที่สูงกว่า ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะสูงกว่า 70 เฮิรตซ์ ดังนั้น 150 Hz จึงถูกเลือกเป็นความถี่คัทออฟ เพื่อให้แน่ใจว่าเราสามารถจับความถี่ทั้งหมด แม้กระทั่งความถี่ที่สูงขึ้น ในขณะที่ตัดสัญญาณรบกวนความถี่สูงออก นอกจากความถี่คัทออฟ 150 Hz แล้ว ปัจจัยด้านคุณภาพ K ยังถูกตั้งค่าเป็น 1 เนื่องจากไม่จำเป็นต้องมีการขยายสัญญาณเพิ่มเติม ก่อนอื่นเรากำหนดค่าสำหรับ R1, R2, R3, R4, C1 และ C2 โดยใช้สมการการออกแบบต่อไปนี้สำหรับตัวกรองความถี่ต่ำ:

R1= 2/[⍵c[aC2+sqrt([a^2 + 4b(K-1)]C2^2 - 4bC1C2)]

R2= 1/[bC1C2R1⍵c^2]

R3= K(R1+ R2)/(K -1) เมื่อ K > 1

R4= K(R1+R2)

C2 ประมาณ 10/fc uF

C1 < C2[a2 + 4b(K -1)]4b

โดยที่ K = ได้รับ

⍵c= ความถี่ตัด (rad/วินาที)

fc= ความถี่ตัด (Hz)

a = ค่าสัมประสิทธิ์การกรอง = 1.414214

b = ค่าสัมประสิทธิ์การกรอง = 1

เนื่องจากอัตราขยายเป็น 1 R3 จะถูกแทนที่ด้วยวงจรเปิดและ R4 ถูกแทนที่ด้วยไฟฟ้าลัดวงจรซึ่งทำให้เป็นผู้ติดตามแรงดันไฟฟ้า ดังนั้น ค่าเหล่านั้นจึงไม่จำเป็นต้องแก้ไข ก่อนอื่นเราหาค่าของ C2 เสียบค่าก่อนหน้าลงในสมการนั้น เราจะได้:

C2 = 10/150 ยูเอฟ=0.047 ยูเอฟ

จากนั้น C1 สามารถแก้ไขได้โดยใช้ค่าของ C2

C1 < (0.047x10^-6)[1.414214^2 + 4(1)(1 -1)]/4(1)

C1 < 0.024 ยูเอฟ= 0.022 ยูเอฟ

เมื่อค่าความจุได้รับการแก้ไขแล้ว R1 และ R2 สามารถคำนวณได้ดังนี้:

R1= 2(2π150)[(1.414214)(0.047x10-6)+([1.4142142 + 4(1)(1 -1)]0.047x10-6)2 - 4(1)(0.022x10-6)(0.047 x10-6))] R1= 25486.92 Ω

R2= 1(1)(0.022x10-6)(0.047x10-6)(25486.92)(2π150)2= 42718.89 Ω

ด้วยความต้านทานที่เหมาะสม สร้างวงจรที่เห็นในแผนภาพวงจร

นี่เป็นขั้นตอนสุดท้ายของการออกแบบโดยรวม และควรสร้างบนเขียงหั่นขนมที่ด้านซ้ายของตัวกรองรอยโดยตรงด้วยเอาต์พุตของตัวกรองรอยบากและแรงดันไฟฟ้าอินพุตสำหรับตัวกรองความถี่ต่ำ วงจรนี้ต้องสร้างโดยใช้เขียงหั่นขนมแบบเดียวกับก่อนหน้านี้ โดยมีความต้านทานและความจุที่คำนวณได้ถูกต้อง และแอมพลิฟายเออร์สำหรับการดำเนินงานหนึ่งชุด เมื่อสร้างวงจรโดยใช้แผนภาพวงจรในรูปที่ 3 จะทำการทดสอบ เฉพาะขั้นตอนนี้เท่านั้นที่จะต้องทำการทดสอบ ณ จุดนี้ ดังนั้นจึงไม่ควรเชื่อมต่อกับเครื่องขยายสัญญาณเครื่องมือวัดหรือตัวกรองรอยบาก ดังนั้นแหล่งจ่ายไฟ DC Agilent E3631A จึงใช้เพื่อจ่ายไฟให้กับแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานที่มีเอาต์พุต +15 และ -15 V ไปที่พิน 4 และ 7 เครื่องกำเนิดฟังก์ชันถูกตั้งค่าให้ส่งสัญญาณรูปคลื่นไซน์ที่มีความถี่เริ่มต้น 10 Hz Vpp ที่ 1 V และออฟเซ็ต 0 V อินพุตบวกควรเชื่อมต่อกับ R1 และอินพุตเชิงลบควรเชื่อมต่อกับกราวด์ อินพุตควรเชื่อมต่อกับช่อง 1 ของออสซิลโลสโคป เอาต์พุตของตัวกรองรอยบากที่มาจากพิน 6 ของแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานจะแสดงบนช่อง 2 ของออสซิลโลสโคป AC กวาดถูกวัดและบันทึกโดยเปลี่ยนความถี่จาก 10 Hz ถึง 300 Hz สามารถเพิ่มความถี่ได้ทีละ 10 Hz จนกว่าจะถึงความถี่คัทออฟที่ 150 Hz จากนั้นความถี่ควรเพิ่มขึ้น 5 Hz จนถึง 250 Hz สามารถใช้การเพิ่มทีละ 10 Hz เพื่อสิ้นสุดการกวาดได้ บันทึกอัตราส่วน Vout/Vin และมุมเฟส หากความถี่คัทออฟไม่ใช่ 150 Hz จำเป็นต้องเปลี่ยนค่าความต้านทานเพื่อให้แน่ใจว่าค่านี้เป็นความถี่คัทออฟจริง ๆ แล้ว พล็อตการตอบสนองความถี่ควรมีลักษณะเหมือนภาพที่คุณเห็นว่าความถี่คัทออฟอยู่ที่ประมาณ 150Hz

ขั้นตอนที่ 5: รวม 3 องค์ประกอบและจำลองคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (ECG)

เชื่อมต่อทั้งสามขั้นตอนโดยการเพิ่มลวดระหว่างส่วนประกอบวงจรสุดท้ายของส่วนประกอบก่อนหน้าไปยังจุดเริ่มต้นของส่วนประกอบถัดไป ดูวงจรเต็มได้ในแผนภาพ

ใช้ตัวสร้างฟังก์ชัน จำลองสัญญาณ ECG อื่นโดย หากส่วนประกอบนั้นสร้างและเชื่อมต่อสำเร็จ เอาต์พุตของคุณบนออสซิลโลสโคปควรมีลักษณะเหมือนในภาพ

ขั้นตอนที่ 6: ตั้งค่า DAQ Board

ด้านบนกระดาน DAQ สามารถมองเห็นได้ เชื่อมต่อเข้ากับด้านหลังของคอมพิวเตอร์เพื่อเปิดเครื่องและวาง Isolated Analog Input ในช่อง 8 ของบอร์ด (ACH 0/8) สอดสายไฟสองเส้นเข้าไปในรูที่ระบุว่า '1' และ '2' ของ Isolated Analog Input ตั้งค่าตัวสร้างฟังก์ชันเพื่อส่งสัญญาณ ECG ที่ 1Hz ด้วย Vpp 500mV และออฟเซ็ต 0V เชื่อมต่อเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดฟังก์ชันกับสายไฟที่วางอยู่ใน Isolated Analog Input

ขั้นตอนที่ 7: เปิด LabView สร้างโครงการใหม่และตั้งค่าผู้ช่วย DAQ

เปิดซอฟต์แวร์ LabView และสร้างโครงการใหม่และเปิด VI ใหม่ภายใต้เมนูแบบเลื่อนลงของไฟล์ คลิกขวาที่หน้าเพื่อเปิดหน้าต่างส่วนประกอบ ค้นหา 'DAQ Assistant Input' และลากลงบนหน้าจอ การดำเนินการนี้จะดึงหน้าต่างแรกขึ้นโดยอัตโนมัติ

เลือก รับสัญญาณ > อินพุตแบบอะนาล็อก > แรงดันไฟฟ้า นี่จะดึงหน้าต่างที่สองขึ้นมา

เลือก ai8 เนื่องจากคุณใส่ Isolated Analog Input ในช่อง 8 เลือก Finish เพื่อดึงหน้าต่างสุดท้ายขึ้นมา

เปลี่ยนโหมดการรับเป็นตัวอย่างต่อเนื่อง, ตัวอย่างเพื่ออ่านเป็น 2k และอัตราเป็น 1kHz จากนั้นเลือก Run ที่ด้านบนของหน้าต่างของคุณและผลลัพธ์ดังที่แสดงด้านบนควรปรากฏขึ้น หากสัญญาณ ECG กลับด้าน เพียงแค่เปลี่ยนการเชื่อมต่อจากตัวสร้างฟังก์ชันไปยังบอร์ด DAQ รอบๆ นี่แสดงว่าคุณได้รับสัญญาณ ECG สำเร็จแล้ว! (ใช่!) ตอนนี้ คุณต้องเขียนโค้ดเพื่อวิเคราะห์!

ขั้นตอนที่ 8: Code LabView เพื่อวิเคราะห์ส่วนประกอบของสัญญาณ ECG และคำนวณ Heartbeat

ใช้สัญลักษณ์ในภาพใน LabView

คุณได้วาง DAQ Assistant แล้ว DAQ Assistant ใช้สัญญาณอินพุตซึ่งเป็นสัญญาณแรงดันไฟฟ้าแบบแอนะล็อก ซึ่งจำลองโดยเครื่องกำเนิดฟังก์ชันหรือรับโดยตรงจากบุคคลที่เชื่อมต่อกับอิเล็กโทรดที่วางไว้อย่างเหมาะสม จากนั้นใช้สัญญาณนี้และเรียกใช้ผ่านตัวแปลง A/D ที่มีการสุ่มตัวอย่างอย่างต่อเนื่องและพารามิเตอร์ของตัวอย่าง 2,000 ตัวอย่างที่จะอ่าน อัตราการสุ่มตัวอย่าง 1 kHz และด้วยค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดและต่ำสุดที่ 10V และ -10V ตามลำดับ สัญญาณที่ได้มานี้จะถูกส่งออกบนกราฟเพื่อให้สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า นอกจากนี้ยังใช้รูปคลื่นที่แปลงแล้วและเพิ่ม 5 เพื่อให้แน่ใจว่าจะมีค่าชดเชยเชิงลบและคูณด้วย 200 เพื่อให้พีคมีความชัดเจนมากขึ้น ใหญ่ขึ้น และวิเคราะห์ได้ง่ายขึ้น จากนั้นจะกำหนดค่าสูงสุดและต่ำสุดของรูปคลื่นภายในหน้าต่างที่กำหนด 2.5 วินาทีผ่านตัวถูกดำเนินการสูงสุด/นาที ค่าสูงสุดที่คำนวณได้จะต้องคูณด้วยเปอร์เซ็นต์ที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ แต่โดยปกติคือ 90% (0.9) ค่านี้จะถูกเพิ่มไปยังค่าต่ำสุด และส่งไปยังตัวถูกดำเนินการตรวจจับพีคเป็นค่าขีดจำกัด ผลที่ได้คือทุกจุดของกราฟรูปคลื่นที่เกินขีดจำกัดนี้ถูกกำหนดเป็นพีคและบันทึกเป็นอาร์เรย์ของพีคในตัวดำเนินการตรวจจับพีค อาร์เรย์พีคนี้จะถูกส่งไปยังฟังก์ชันที่แตกต่างกันสองฟังก์ชัน หนึ่งในฟังก์ชันเหล่านี้รับทั้งพีคอาเรย์และเอาต์พุตรูปคลื่นโดยโอเปอเรเตอร์ค่าสูงสุด ภายในฟังก์ชันนี้ dt อินพุตทั้งสองนี้จะถูกแปลงเป็นค่าเวลาสำหรับแต่ละพีค ฟังก์ชันที่สองประกอบด้วยโอเปอเรเตอร์ดัชนีสองตัวซึ่งนำเอาท์พุตตำแหน่งของฟังก์ชันการตรวจจับพีคและทำดัชนีแยกกันเพื่อรับตำแหน่งของพีคที่ 0 และพีคที่ 1 ความแตกต่างระหว่างสองตำแหน่งนี้คำนวณโดยตัวดำเนินการลบ แล้วคูณด้วยค่าเวลาที่ได้รับจากฟังก์ชัน dt ค่านี้จะส่งออกช่วงเวลาหรือเวลาระหว่างจุดสูงสุดสองจุดในหน่วยวินาที ตามคำจำกัดความ 60 หารด้วยระยะเวลาให้ BPM ค่านี้จะถูกรันผ่านตัวถูกดำเนินการแบบสัมบูรณ์เพื่อให้แน่ใจว่าผลลัพธ์เป็นค่าบวกเสมอ และปัดเศษเป็นจำนวนเต็มที่ใกล้เคียงที่สุด นี่เป็นขั้นตอนสุดท้ายในการคำนวณและสุดท้ายแสดงอัตราการเต้นของหัวใจไปยังหน้าจอเดียวกันกับเอาต์พุตของรูปคลื่น ในตอนท้ายนี่คือสิ่งที่บล็อกไดอะแกรมควรมีลักษณะเหมือนภาพแรก

หลังจากเสร็จสิ้นบล็อกไดอะแกรม หากคุณรันโปรแกรม คุณควรได้ผลลัพธ์เป็นภาพ

ขั้นตอนที่ 9: รวมวงจรและส่วนประกอบ LabView และเชื่อมต่อกับบุคคลจริง

ตอนนี้สำหรับส่วนที่สนุก! รวมวงจรที่สวยงามของคุณเข้ากับโปรแกรม LabView เพื่อรับ ECG จริงและคำนวณอัตราการเต้นของหัวใจ ในการปรับเปลี่ยนวงจรให้สอดคล้องกับมนุษย์และสร้างสัญญาณที่ใช้งานได้ เกนของแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดจะต้องลดลงเป็นเกน 100 นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเมื่อเชื่อมต่อกับบุคคลจะมีการชดเชยที่ จากนั้นทำให้แอมพลิฟายเออร์ทำงานอิ่มตัว การลดเกนนี้จะช่วยลดปัญหานี้ได้ ขั้นแรก เกนของสเตจแรกของแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดจะเปลี่ยนเป็นเกน 4 เพื่อให้เกนโดยรวมคือ 100 จากนั้น ใช้สมการที่ 1 R2is ตั้งค่าเป็น 19.5 kΩ และ R1is พบได้ดังนี้:

4 = 1 + 2(19, 500)R1⇒R1= 13 kΩ จากนั้น แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดจะถูกแก้ไขโดยการเปลี่ยนความต้านทานของ R1 เป็น 13 kΩ ดังที่แสดงในขั้นตอนที่ 2 บนเขียงหั่นขนมที่สร้างขึ้นก่อนหน้านี้ เชื่อมต่อวงจรทั้งหมดและสามารถทดสอบวงจรโดยใช้ LabView แหล่งจ่ายไฟ DC Agilent E3631A DC ให้พลังงานแก่เครื่องขยายเสียงในการดำเนินงานที่มีเอาต์พุต +15 V และ -15 V ไปที่หมุด 4 และ 7 อิเล็กโทรด ECG เชื่อมต่อกับวัตถุด้วยขั้วบวก (G1) ที่ข้อเท้าซ้าย ตะกั่วเชิงลบ (G2) ไปที่ข้อมือขวา และพื้น (COM) ไปที่ข้อเท้าขวา อินพุตของมนุษย์ควรเป็นพิน 3 ของแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานในระยะแรกของวงจรโดยที่ขั้วบวกเชื่อมต่อกับพิน 3 ของแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการตัวแรกและขั้วลบที่เชื่อมต่อกับพิน 3 ของแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการที่สอง กราวด์เชื่อมต่อกับกราวด์ของเขียงหั่นขนม เอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ที่มาจากพิน 6 ของฟิลเตอร์โลว์พาสถูกต่อเข้ากับบอร์ด DAQ ตรวจสอบให้แน่ใจว่านิ่งและเงียบมาก และคุณควรได้ผลลัพธ์ใน LabView ที่คล้ายกับในภาพ

สัญญาณนี้เห็นได้ชัดว่ามีสัญญาณรบกวนมากกว่าสัญญาณที่สมบูรณ์แบบซึ่งจำลองโดยเครื่องกำเนิดฟังก์ชัน เป็นผลให้อัตราการเต้นของหัวใจของคุณจะกระโดดไปมามาก แต่ควรผันผวนด้วยช่วง 60-90 BPM และที่นั่นคุณมีมัน! วิธีที่สนุกในการวัดอัตราการเต้นของหัวใจด้วยการสร้างวงจรและเขียนโค้ดซอฟต์แวร์!