สวัสดีทุกคน!
ฉันชื่อมาเรียโนและฉันเป็นวิศวกรชีวการแพทย์ ฉันใช้เวลาช่วงวันหยุดสุดสัปดาห์ในการออกแบบและตระหนักถึงต้นแบบของอุปกรณ์ ECG ราคาถูกที่ใช้บอร์ด Arduino ที่เชื่อมต่อผ่าน Bluetooth กับอุปกรณ์ Android (สมาร์ทโฟนหรือแท็บเล็ต) ฉันต้องการแบ่งปันโครงการ "ECG SmartApp" ของฉันกับคุณและคุณจะพบคำแนะนำและซอฟต์แวร์ทั้งหมดเพื่อสร้างอุปกรณ์ ECG อุปกรณ์นี้มีจุดประสงค์เพื่อเป็นโครงการวิจัยการออกแบบเท่านั้นและไม่ใช่อุปกรณ์ทางการแพทย์ดังนั้นโปรดอ่านคำเตือนก่อนดำเนินการต่อ อุปกรณ์ประกอบด้วยบอร์ดฮาร์ดแวร์เพื่อรับสัญญาณ ECG จากร่างกายและ Android App เพื่อบันทึกประมวลผลและจัดเก็บสัญญาณ
การออกแบบวงจรและเลย์เอาต์ที่เรียบง่ายเป็นการประนีประนอมที่ดีสำหรับการมีทั้งต้นทุนต่ำ (ส่วนประกอบน้อย) และประสิทธิภาพที่ดี
หากไม่รวมสมาร์ทโฟนและชิ้นส่วนที่ใช้แล้วทิ้ง (ขั้วไฟฟ้าและแบตเตอรี่) อุปกรณ์ทั้งหมดจะมีค่าใช้จ่ายประมาณ 40 ยูโร (43 ดอลลาร์สหรัฐ)
โครงการอุปกรณ์ ECG นี้มีจุดประสงค์เพื่อเป็นโครงการวิจัยการออกแบบเท่านั้นและไม่ใช่อุปกรณ์ทางการแพทย์ดังนั้นโปรดอ่านคำเตือนและปัญหาด้านความปลอดภัยในขั้นตอนต่อไปก่อนที่จะดำเนินการต่อไป
วัสดุ:
ขั้นตอนที่ 1: คำเตือน
โครงการอุปกรณ์ ECG นี้มีจุดประสงค์เพื่อเป็นเพียงโครงการวิจัยการออกแบบและไม่ใช่อุปกรณ์ทางการแพทย์ ใช้แบตเตอรี่เท่านั้น (แรงดันไฟฟ้าสูงสุด: 9V) อย่าใช้แหล่งจ่ายไฟ AC, หม้อแปลงไฟฟ้าหรือแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าอื่น ๆ เพื่อหลีกเลี่ยงการบาดเจ็บสาหัสและไฟฟ้าช็อตสำหรับตัวคุณเองหรือผู้อื่น อย่าเชื่อมต่ออุปกรณ์หรืออุปกรณ์ขับเคลื่อน AC-line ใด ๆ เข้ากับอุปกรณ์ ECG ที่เสนอไว้ที่นี่ อุปกรณ์ ECG เชื่อมต่อไฟฟ้ากับบุคคลและต้องใช้แบตเตอรี่แรงดันต่ำ (สูงสุด 9V) เท่านั้นสำหรับข้อควรระวังเพื่อความปลอดภัยและเพื่อป้องกันความเสียหายต่ออุปกรณ์ ตำแหน่งของอิเล็กโทรดในร่างกายให้เส้นทางที่ยอดเยี่ยมสำหรับการไหลของกระแสไฟฟ้า เมื่อร่างกายเชื่อมต่อกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใด ๆ คุณต้องระวังอย่างมากเพราะอาจทำให้เกิดไฟฟ้าช็อตที่รุนแรงและถึงขั้นเสียชีวิตได้ ผู้เขียนไม่สามารถรับผิดชอบต่ออันตรายใด ๆ ที่เกิดจากการใช้วงจรหรือขั้นตอนใด ๆ ที่อธิบายไว้ในคู่มือนี้ ผู้เขียนไม่เรียกร้องใด ๆ ของวงจรหรือขั้นตอนมีความปลอดภัย ใช้ความเสี่ยงของคุณเอง จำเป็นที่ทุกคนที่ต้องการสร้างอุปกรณ์นี้จะมีความเข้าใจที่ดีเกี่ยวกับการใช้ไฟฟ้าในลักษณะที่ปลอดภัยและควบคุมได้
ขั้นตอนที่ 2: ไฟล์ซอฟต์แวร์ที่จำเป็น (Android App และ Arduino Sketch)
สามารถสร้างอุปกรณ์ ECG ได้อย่างง่ายดายและจำเป็นต้องมีความรู้พื้นฐานด้านอิเล็กทรอนิกส์เพื่อตระหนักถึงวงจรฮาร์ดแวร์ ไม่จำเป็นต้องมีความรู้เกี่ยวกับการเขียนโปรแกรมซอฟต์แวร์เนื่องจากคุณต้องติดตั้งแอพด้วยการเปิดไฟล์ apk จากสมาร์ทโฟน Andriod และอัปโหลดภาพร่าง Arduino ที่มีให้บนบอร์ด Arduino (สามารถทำได้อย่างง่ายดายโดยใช้ Arduino Software IDE และหนึ่งใน บทเรียนมากมายบนเว็บ)
ขั้นตอนที่ 3: คำอธิบาย
อุปกรณ์ดังกล่าวใช้พลังงานจากแบตเตอรี่และประกอบด้วยวงจรหน้าเพื่อรับสัญญาณคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (ขานำเท่านั้น) ผ่านขั้วไฟฟ้าทั่วไปและบอร์ด Arduino เพื่อแปลงสัญญาณอนาล็อกให้เป็นดิจิตอลและส่งไปยังสมาร์ทโฟน Android ผ่านโปรโตคอลบลูทู ธ แอพที่เกี่ยวข้องจะแสดงสัญญาณ ECG แบบเรียลไทม์และให้ความเป็นไปได้ในการกรองและจัดเก็บสัญญาณในไฟล์
ขั้นตอนที่ 4: คู่มือประกอบและคู่มือผู้ใช้
คำแนะนำโดยละเอียดทั้งหมดเกี่ยวกับการสร้างอุปกรณ์ ECG สามารถพบได้ในไฟล์ Assembly Manual ในขณะที่ข้อมูลทั้งหมดที่ใช้จะถูกอธิบายไว้ในไฟล์ User Manual
ขั้นตอนที่ 5: คำอธิบายของฮาร์ดแวร์
การออกแบบวงจรและเลย์เอาต์ที่เรียบง่ายเป็นการประนีประนอมที่ดีสำหรับการมีทั้งต้นทุนต่ำ (ส่วนประกอบน้อย) และประสิทธิภาพที่ดี
อุปกรณ์สิ้นเปลืองแบตเตอรี่ (+ Vb) บอร์ด Arduino และ L1 นำเมื่ออุปกรณ์เปิดใช้งาน (R12 = 10 kOhm ควบคุมกระแส L1); ส่วนที่เหลือของอุปกรณ์นั้นมาพร้อมกับแรงดันเอาท์พุท Arduino 5 V (+ Vcc) โดยทั่วไปอุปกรณ์จะทำงานระหว่าง 0 V (-Vcc) ถึง 5 V (+ Vcc) อย่างไรก็ตามแหล่งจ่ายเดี่ยวจะถูกแปลงเป็นแหล่งจ่ายคู่โดยตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่มีตัวต้านทานเท่ากัน (R10 และ R11 = 1 MOhm) ตามด้วยบัฟเฟอร์แบบ unity gain (1/2 TL062) เอาต์พุตมี 2.5 V (แรงดันไฟฟ้ากลางของแหล่งจ่ายไฟ TL062: 0-5 V); รางพลังบวกและลบจะให้แหล่งจ่ายไฟคู่ (± 2.5 V) เทียบกับขั้วทั่วไป (ค่าอ้างอิง) ตัวเก็บประจุ C3 (100 nF), C4 (100 nF), C5 (1 ยูเอฟ, อิเล็กโทรไลต์) และ C6 (1 ยูเอฟ, อิเล็กโทรไลต์) ทำให้แรงดันไฟฟ้ามีเสถียรภาพมากขึ้น สำหรับปัญหาด้านความปลอดภัยอิเล็กโทรดแต่ละตัวจะเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ผ่านตัวต้านทานการป้องกัน 560 kOhm (R3, R4, R13) เพื่อ จำกัด กระแสที่ไหลเข้าสู่ผู้ป่วยในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาดภายในอุปกรณ์ ตัวต้านทานสูงเหล่านี้ (R3, R4, R13) ควรใช้กับสถานการณ์ที่หายากเมื่อพลังงานแรงดันต่ำ (6 หรือ 9 V ตามแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่ใช้) มาโดยตรงกับผู้ป่วยโดยไม่ตั้งใจหรือเนื่องจากส่วนประกอบ INA ความล้มเหลว นอกจากนี้ฟิลเตอร์กรองความถี่สูง CR สองตัว (C1-R1 และ C2-R2) วางไว้ที่สองอินพุตปิดกั้นกระแส dc และลด dc ที่ไม่ต้องการและสัญญาณรบกวนความถี่ต่ำที่เกิดจากขั้วสัมผัสของขั้วไฟฟ้า สัญญาณ ECG นั้นผ่านการกรองสูงมากก่อนที่แอมป์จะขยายด้วยความถี่ตัดรอบ 0.1 Hz (ที่ -3 dB) การปรากฏตัวของ R1 (as R2) ช่วยลดความต้านทานอินพุตของสเตจขยายสัญญาณก่อนเพื่อให้สัญญาณถูกลดลงตามปัจจัยขึ้นอยู่กับค่าของ R1 และ R3 (เป็น R2 และ R4); ปัจจัยดังกล่าวสามารถประมาณเป็น:
R1 / (R1 + R3) = 0.797 ถ้า R1 = 2.2 MOhm และ R2 = 560 kOhm
ขอแนะนำให้เลือกคู่ C1 - C2 (1 uF ตัวเก็บประจุฟิล์ม) ที่มีค่าความจุใกล้กันมากขึ้นคู่ R1- R2 (2.2 MOhm) ที่มีค่าความต้านทานใกล้กันมากและเหมือนกันสำหรับคู่ R3 - R4 ด้วยวิธีนี้การชดเชยที่ไม่พึงประสงค์จะลดลงและไม่ขยายโดยเครื่องขยายเสียงเครื่องมือวัด (INA128) ความไม่ตรงกันใด ๆ ระหว่างพารามิเตอร์วงจรของส่วนประกอบในวงจรอินพุตคู่ก่อให้เกิดการเสื่อมสภาพของ CMRR; ส่วนประกอบดังกล่าวควรมีการจับคู่ที่ดีมาก (แม้แต่รูปแบบทางกายภาพ) เพื่อให้ความอดทนของพวกเขาควรจะเลือกน้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้ (หรือผู้ปฏิบัติงานสามารถวัดค่าด้วยตนเองด้วยมัลติมิเตอร์เพื่อเลือกส่วนประกอบคู่ที่มีค่าใกล้ที่สุด ) R5 (2.2 kOhm) กำหนดกำไร INA128 ตามสูตร:
G_INA = 1 + (50 kΩ / R5)
สัญญาณคลื่นไฟฟ้าหัวใจถูกขยายโดย INA และผ่านสูงอย่างต่อเนื่องกรองโดย C7 และ R7 (ด้วย -3 dB ตัดความถี่ประมาณ 0.1 Hz ถ้า C7 = 1 uF และ R7 = 2.2 MOhm) เพื่อกำจัดแรงดันไฟฟ้าออฟเซ็ต dc ใด ๆ ก่อนสุดท้ายและ แอมพลิไฟเออร์การดำเนินการที่สูงขึ้น (1/2 TL062) ในการกำหนดค่าแบบไม่กลับด้านที่มีการขยาย:
G_TL062 = 1 + (R8 / (Rp + R6))
เพื่อให้ผู้ใช้เปลี่ยนเกนที่รันไทม์ผู้ปฏิบัติงานสามารถเลือกใช้ตัวต้านทานแบบปรับค่าได้ (trimmer / potentiometer) แทน Rp หรือแถบตัวเมียสำหรับตัวต้านทานที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ (เพราะไม่มีบัดกรี) อย่างไรก็ตามในกรณีแรกมันเป็นไปไม่ได้ที่จะรู้ว่าได้รับสัญญาณ ECG จริง ๆ (ค่าใน mV ของข้อมูลจะไม่ถูกต้อง) ในขณะที่ในกรณีที่สองเป็นไปได้ที่จะมีค่าที่ถูกต้องใน mV โดยการระบุ ค่าของ Rp ในสูตร“ รับ” ภายในส่วน“ การตั้งค่า” ของแอพ (ดูคู่มือผู้ใช้) ตัวเก็บประจุ C8 สร้างตัวกรองความถี่ต่ำผ่านโดยมีความถี่ตัด -3 dB ประมาณ 40 Hz เนื่องจากตัวกรอง RC ประกอบด้วย R9 และ C9 ค่าความถี่ตัดถูกกำหนดโดยสูตร:
f = 1 / (2 * π * C * R)
สำหรับตัวกรองความถี่ต่ำ @ 40 Hz 1 ค่าองค์ประกอบ RC คือ:
R8 = 120 kOhm, C8 = 33 nF, R9 = 39 kOhm, C9 = 100 nF
สัญญาณ ECG ถูกกรองในย่านความถี่ตั้งแต่ 0.1 ถึง 40 Hz และขยายสัญญาณโดยมีอัตราขยายเท่ากับ:
ได้รับ = 0.797 * G_INA * G_TL062
ตั้งแต่ R5 = 2,2 kOhm, R8 = 120 kOhm, R6 = 100 โอห์ม, Rp = 2,2 KOhm
กำไร = 0.797 * (1 + 50000/2200) * (1 + 120000 / (2200 + 100)) = 1005
เพื่อให้ได้ค่าความถี่ที่ถูกต้องสำหรับตัวกรองที่ตัดออกชิ้นส่วนตัวกรอง RC ควรมีความอดทนต่ำที่สุดเท่าที่จะทำได้ (หรือผู้ปฏิบัติงานสามารถวัดค่าด้วยตนเองด้วยมัลติมิเตอร์เพื่อเลือกค่าที่ใกล้เคียงกับค่าที่ต้องการ)
สัญญาณอนาล็อกถูกทำให้เป็นดิจิตอลโดยบอร์ด Arduino (ช่องอินพุต A0) จากนั้นส่งไปยังโมดูล HC-06 โดยหมุดการสื่อสารแบบอนุกรม; ในที่สุดข้อมูลจะถูกส่งไปยังสมาร์ทโฟนผ่าน Bluetooth
อิเล็กโทรดอ้างอิง (สีดำ) เป็นอุปกรณ์เสริมและสามารถแยกออกได้โดยการถอดจัมเปอร์ J1 (หรือผู้ปฏิบัติงานสามารถใช้สวิตช์แทนจัมเปอร์) การกำหนดค่าวงจรถูกออกแบบมาเพื่อทำงานกับสองขั้วไฟฟ้า อย่างไรก็ตามควรใช้อิเล็กโทรดอ้างอิงเพื่อให้มีคุณภาพสัญญาณดีขึ้น (ลดเสียงรบกวน)
ขั้นตอนที่ 6: ส่วนประกอบ
หากไม่รวมสมาร์ทโฟนและชิ้นส่วนที่ใช้แล้วทิ้ง (ขั้วไฟฟ้าและแบตเตอรี่) ค่าใช้จ่ายทั้งหมดของอุปกรณ์จะอยู่ที่ประมาณ 43 ดอลลาร์สหรัฐ (ซึ่งถือว่าเป็นผลิตภัณฑ์เดียวในกรณีที่มีปริมาณมากราคาก็จะลดลง)
สำหรับรายการโดยละเอียดของส่วนประกอบทั้งหมด (คำอธิบายและค่าใช้จ่ายโดยประมาณ) โปรดดูไฟล์คู่มือประกอบ
ขั้นตอนที่ 7: ต้องการเครื่องมือ
- เครื่องมือที่ต้องการ: เครื่องมือทดสอบ, ปัตตาเลี่ยน, หัวแร้ง, ลวดบัดกรี, ไขควงและคีม
ขั้นตอนที่ 8: วิธีสร้าง - ขั้นที่ 1
- จัดทำบอร์ดต้นแบบแบบมีรูขนาด 23x21 รู (ประมาณ 62 มม. x 55 มม.)
- ตามเค้าโครงด้านบน PCB แสดงให้เห็นในรูปประสาน: ตัวต้านทานสายเชื่อมต่อซ็อกเก็ตแถบหญิง (สำหรับ Rp) ซ็อกเก็ตตัวเชื่อมต่อส่วนหัวชายและหญิง (ตำแหน่งหัวต่อตัวเมียหญิงที่นี่รายงานในตัวเลขเหมาะสำหรับ Arduino Nano หรือ Arduino Micro) ตัวเก็บประจุไฟ Led
ขั้นตอนที่ 9: วิธีสร้าง - ขั้นที่ 2
- เชื่อมต่อส่วนประกอบทั้งหมดตามเค้าโครงด้านล่าง PCB ที่นี่แสดงให้เห็น
ขั้นตอนที่ 10: วิธีสร้าง - ขั้นตอนที่ 3
- ตระหนักถึงการเชื่อมต่อสายไฟสำหรับแบตเตอรี่โดยใช้สายแบตเตอรี่ / ผู้ถือขั้วต่อส่วนหัวเพศหญิงและท่อหดความร้อน เชื่อมต่อเข้ากับ PCB“ con1” (ขั้วต่อ 1)
ขั้นตอนที่ 11: วิธีการสร้าง - ขั้นตอนที่ 4
- ใช้สายอิเล็กโทรดสามเส้น (ใช้สายโคแอกเชียล, หัวต่อตัวเมีย, ท่อหดความร้อน, คลิปจระเข้) และเชื่อมต่อเข้ากับ PCB เพื่อขันให้แน่นกับบอร์ดด้วยสายเคเบิลแข็ง
ขั้นตอนที่ 12: วิธีสร้าง - ขั้นตอนที่ 5
- ตระหนักถึงสวิตช์ (ใช้สวิตช์เลื่อนตัวเชื่อมต่อส่วนหัวเพศหญิงท่อหดความร้อน) และเชื่อมต่อกับ PCB
- วางตัวต้านทาน INA128, TL062 และ Rp ไว้ในซ็อกเก็ตผู้สื่อข่าว
- โปรแกรม (ดูที่ส่วนคำอธิบายซอฟต์แวร์) และเชื่อมต่อบอร์ด Arduino Nano (บอร์ดต้นแบบแบบเจาะรูและตัวเชื่อมต่อส่วนหัวหญิงควรปรับบน PCB หากใช้บอร์ด Arduino อื่น (เช่น UNO หรือนาโน))
- เชื่อมต่อโมดูล HC-06 เข้ากับ PCB“ con2” (ขั้วต่อ 2)
ขั้นตอนที่ 13: วิธีสร้าง - ขั้นตอนที่ 6
- เชื่อมต่อจัมเปอร์ J1 เพื่อใช้อิเล็กโทรดอ้างอิง
- เชื่อมต่อแบตเตอรี่
ขั้นตอนที่ 14: วิธีการสร้าง - ขั้นตอนที่ 7
- วางวงจรภายในกล่องที่เหมาะสมพร้อมรูสำหรับ LED, สายเคเบิลและสวิตช์
คำอธิบายรายละเอียดเพิ่มเติมแสดงในไฟล์คู่มือประกอบ
ขั้นตอนที่ 15: ตัวเลือกอื่น ๆ
- สัญญาณ ECG สำหรับแอปพลิเคชันตรวจสอบถูกกรองระหว่าง 0.1 และ 40 Hz ขีด จำกัด วงบนของตัวกรองความถี่ต่ำสามารถเพิ่มได้โดยการเปลี่ยน R8 หรือ C8 และ R9 หรือ C9
- แทนตัวต้านทาน Rp ทริมเมอร์หรือโพเทนชิโอมิเตอร์สามารถใช้เพื่อเปลี่ยนอัตราขยาย (และขยายสัญญาณ ECG) ที่รันไทม์
- อุปกรณ์ ECG สามารถทำงานร่วมกับบอร์ด Arduino ที่แตกต่างกันได้ Arduino Nano และ Arduino UNO ได้รับการทดสอบแล้ว บอร์ดอื่น ๆ สามารถใช้งานได้ (เช่น Arduino Micro, Arduino Mega, ฯลฯ ) อย่างไรก็ตามไฟล์ร่าง Arduino ที่ให้มานั้นต้องการการปรับเปลี่ยนตามคุณสมบัติของบอร์ด
- อุปกรณ์ ECG สามารถทำงานร่วมกับโมดูล HC-05 แทน HC-06 ได้
ขั้นตอนที่ 16: คำอธิบายซอฟต์แวร์
ไม่จำเป็นต้องมีความรู้การเขียนโปรแกรมซอฟต์แวร์
การเขียนโปรแกรม Arduino: สามารถอัพโหลดไฟล์ร่าง Arduino บนบอร์ด Arduino ได้อย่างง่ายดายโดยการติดตั้ง Arduino Software IDE (ดาวน์โหลดฟรีจากเว็บไซต์ทางการของ Arduino) และทำตามบทช่วยสอนบนเว็บไซต์ทางการของ Arduino มีไฟล์ร่างเดียว (“ ECG_SmartApp_skecht_arduino.ino”) สำหรับ Arduino Nano และ Arduino UNO ที่จัดไว้ให้ (ภาพร่างได้รับการทดสอบกับบอร์ดทั้งสอง) ภาพร่างเดียวกันนี้สามารถใช้งานกับ Arduino Micro ได้ (บอร์ดนี้ไม่ได้ทำการทดสอบ) สำหรับบอร์ด Arduino ตัวอื่นไฟล์ร่างอาจต้องทำการเปลี่ยนแปลง การติดตั้ง ECG SmartApp: ในการติดตั้งแอปให้คัดลอกไฟล์ apk ที่ให้มา“ ECG_SmartApp.apk” (หรือ“ ECG_SmartApp_upTo150Hz.apk” ในกรณีของเวอร์ชั่นสำหรับแบนด์วิดท์ที่ 150 Hz) ในหน่วยความจำสมาร์ทโฟนเปิดและปฏิบัติตามคำแนะนำโดย ยอมรับการอนุญาต ก่อนการติดตั้งอาจจำเป็นต้องเปลี่ยนการตั้งค่าสมาร์ทโฟนโดยอนุญาตให้ติดตั้งแอพจากแหล่งที่ไม่รู้จัก (ทำเครื่องหมายในช่องตัวเลือก“ แหล่งที่ไม่รู้จัก” ของเมนู“ ความปลอดภัย”) ในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ ECG กับโมดูลบลูทู ธ HC-06 (หรือ HC-05) อาจมีการถามรหัสการจับคู่หรือรหัสผ่านในกรณีที่มีการเชื่อมต่อบลูทู ธ ครั้งแรกกับโมดูล: ป้อน“ 1234” หากแอพไม่พบโมดูลบลูทู ธ ให้ลองจับคู่สมาร์ทโฟนกับโมดูลบลูทู ธ HC-06 (หรือ HC-05) โดยใช้การตั้งค่าบลูทู ธ ของสมาร์ทโฟน (รหัสจับคู่“ 1234”) การดำเนินการนี้จำเป็นเพียงครั้งเดียว (การเชื่อมต่อครั้งแรก)
ขั้นตอนที่ 17: ไฟล์ต้นฉบับ
ไฟล์ต้นฉบับเพิ่มเติมมีให้ที่นี่เพื่อแก้ไขหรือปรับเปลี่ยนแอปในแบบของคุณ อย่างไรก็ตามจำเป็นต้องมีทักษะการเขียนโปรแกรม Android
ขั้นตอนที่ 18: เริ่มต้นด้วย ECG SMARTAPP - ขั้นที่ 1
- ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการชาร์จแบตเตอรี่ (แรงดันไฟฟ้าสูงสุด: 9V) ที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์
- ทำความสะอาดผิวก่อนที่จะวางขั้วไฟฟ้า เลเยอร์ผิวที่ตายแล้วแห้งมักจะปรากฏบนพื้นผิวของร่างกายของเราและช่องว่างอากาศที่เป็นไปได้ระหว่างผิวหนังและอิเล็กโทรดจะไม่เอื้อต่อการส่งสัญญาณ ECG ไปยังอิเล็กโทรด ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีสภาพที่ชื้นระหว่างอิเล็กโทรดและผิวหนัง จำเป็นต้องทำความสะอาดผิวหนัง (ผ้าเนื้อเยื่อที่ชุบแอลกอฮอล์หรือน้ำอย่างน้อย) ก่อนวางอิเล็กโทรดเจลแพด (แบบใช้แล้วทิ้ง)
- วางขั้วไฟฟ้าตามตารางด้านล่าง ในกรณีของอิเล็กโทรดที่ไม่ใช้แล้วควรใช้เจลนำไฟฟ้า (ใช้ได้ในเชิงพาณิชย์) ระหว่างผิวหนังกับอิเล็กโทรดโลหะหรืออย่างน้อยแผ่นกระดาษทิชชู่ที่แช่ในน้ำประปาหรือในน้ำเกลือ
อุปกรณ์อนุญาตให้บันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (LI, LII หรือ LIII) โดยใช้เพียง 2 ขั้วไฟฟ้า; อิเล็กโทรดอ้างอิง (สีดำ) เป็นอุปกรณ์เสริมและสามารถแยกออกได้โดยใช้สวิตช์หรือถอดจัมเปอร์ J1 (ดูคู่มือประกอบ) อย่างไรก็ตามอิเล็กโทรดอ้างอิงควรใช้เพื่อให้มีคุณภาพสัญญาณที่ดีขึ้น (ลดเสียงรบกวน)
ขั้นตอนที่ 19: เริ่มต้นด้วย ECG SMARTAPP - ขั้นที่ 2
- เปิดอุปกรณ์ ECG โดยใช้สวิตช์ (ไฟ LED สีแดงติด)
- เปิดแอพพลิเคชั่นบนสมาร์ทโฟน
- กดปุ่ม“ ON” เพื่อเชื่อมต่อสมาร์ทโฟนกับอุปกรณ์ ECG (แอพจะขออนุญาตให้คุณเปิดบลูทู ธ : กด“ ใช่”) และรอการค้นพบ HC-06 (หรือ HC-05) บลูทู ธ โมดูลของอุปกรณ์ ECG อาจมีการถามรหัสการจับคู่หรือรหัสผ่านในกรณีที่มีการเชื่อมต่อบลูทู ธ ครั้งแรกกับโมดูล: ป้อน“ 1234” หากแอพไม่พบโมดูลบลูทู ธ ให้ลองจับคู่สมาร์ทโฟนกับโมดูลบลูทู ธ HC-06 (หรือ HC-05) โดยใช้การตั้งค่าบลูทู ธ ของสมาร์ทโฟน (รหัสจับคู่“ 1234”) การดำเนินการนี้จำเป็นเพียงครั้งเดียว (การเชื่อมต่อครั้งแรก)
- เมื่อทำการเชื่อมต่อสัญญาณ ECG จะปรากฏบนหน้าจอ ในกรณีของ LI (ค่าเริ่มต้นนำไปสู่การเปลี่ยนสถานะเป็น LI กรุณาเปลี่ยนไปที่“ การตั้งค่า” ย่อหน้า) อัตราการเต้นของหัวใจ (HR) จะถูกประมาณตามเวลาจริง สัญญาณจะอัปเดตทุก 3 วินาที
- ในการใช้ตัวกรองดิจิตอลให้กดปุ่ม“ ตัวกรอง” แล้วเลือกตัวกรองจากรายการ ตามค่าเริ่มต้นจะมีการใช้ตัวกรองความถี่ต่ำ @ 40 Hz และตัวกรองรอย (ตามการตั้งค่าที่บันทึกไว้ในการตั้งค่า)
ขั้นตอนที่ 20: การตั้งค่า
- กดปุ่ม“ ตั้งค่า” เพื่อเปิดหน้าการตั้งค่า / การตั้งค่า
- กด“ คู่มือผู้ใช้ (help.pdf)” เพื่อเปิดไฟล์คู่มือผู้ใช้
- เลือกลูกค้าเป้าหมาย ECG (LI เป็นค่าเริ่มต้น)
- เลือกความถี่ของตัวกรองรอยบาก (ตามความถี่การรบกวน: 50 หรือ 60 Hz)
- เลือกตัวเลือกการบันทึกไฟล์เพื่อบันทึกสัญญาณ ECG ที่กรองหรือไม่กรองในไฟล์
- กดปุ่ม“ บันทึกการตั้งค่า” เพื่อบันทึกการตั้งค่า
มูลค่าการเปลี่ยนแปลงสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในกรณีที่มีการดัดแปลงฮาร์ดแวร์หรือการทำให้เป็นส่วนตัวของอุปกรณ์ ECG
ขั้นตอนที่ 21: การบันทึกสัญญาณคลื่นไฟฟ้าหัวใจ
- ใส่ชื่อไฟล์ (หากผู้ใช้บันทึกสัญญาณคลื่นไฟฟ้าหัวใจมากขึ้นในเซสชั่นเดียวกันโดยไม่ต้องเปลี่ยนชื่อไฟล์ดัชนีความก้าวหน้าจะถูกเพิ่มที่ส่วนท้ายของชื่อไฟล์เพื่อหลีกเลี่ยงการเขียนทับการบันทึกก่อนหน้า)
- กดปุ่ม“ Rec.” เพื่อเริ่มการบันทึกสัญญาณ ECG
- กดปุ่ม "หยุด" เพื่อหยุดการบันทึก
- สัญญาณ ECG แต่ละรายการจะถูกเก็บไว้ในไฟล์ txt ภายในโฟลเดอร์“ ECG_Files” ที่อยู่ในรูทหลักของหน่วยความจำสมาร์ทโฟน สัญญาณคลื่นไฟฟ้าหัวใจสามารถเก็บไว้กรองหรือกรองตามการตั้งค่าที่บันทึกไว้ในการตั้งค่า
- กดปุ่ม“ เริ่มต้นใหม่” เพื่อแสดงภาพสัญญาณ ECG ที่ได้มาในเวลาทำงานอีกครั้ง
- ในการบันทึกสัญญาณ ECG ใหม่ให้ทำซ้ำคะแนนก่อนหน้านี้
ไฟล์ ECG มีชุดของตัวอย่าง (ความถี่การสุ่มตัวอย่าง: 600 Hz) ของแอมพลิจูดสัญญาณ ECG ใน mV
ขั้นตอนที่ 22: เปิดและวิเคราะห์ไฟล์คลื่นไฟฟ้าหัวใจ
- กดปุ่ม“ เปิด”: รายการไฟล์ที่เก็บไว้ในโฟลเดอร์“ ECG_Files” จะปรากฏขึ้น
- เลือกไฟล์ ECG ที่จะมองเห็น
ส่วนแรกของไฟล์ ECG จะปรากฏขึ้น (10 วินาที) โดยไม่มีกริด
ผู้ใช้สามารถเลื่อนด้วยตนเองบนหน้าจอเพื่อแสดงช่วงเวลาใดก็ได้ของสัญญาณ ECG
ในการซูมเข้าหรือซูมออกผู้ใช้สามารถกดที่ไอคอนแว่นขยาย (มุมขวาที่ด้านล่างของกราฟ) หรือใช้การย่อขยายบนหน้าจอสมาร์ทโฟนโดยตรง
แกนเวลาแกนแรงดันไฟฟ้าและตาราง ECG มาตรฐานจะปรากฏขึ้นโดยอัตโนมัติเมื่อช่วงเวลาที่ต่ำกว่า 5 วินาทีจะแสดงเป็นภาพ (โดยการซูมเข้า) ค่าแกนแรงดัน (แกน y) อยู่ใน mV ในขณะที่ค่าแกนเวลา (แกน x) อยู่ในหน่วยวินาที
หากต้องการใช้ตัวกรองดิจิตอลให้กดปุ่ม“ ตัวกรอง” แล้วเลือกตัวกรองจากรายการ ตามค่าเริ่มต้นตัวกรองความถี่ต่ำ @ 40 Hz จะใช้ตัวกรองเพื่อลบบรรทัดที่หลงทางและตัวกรองรอย (ตามการตั้งค่าที่บันทึกไว้ในการตั้งค่า) จะถูกนำไปใช้ ชื่อกราฟแสดง:
- ชื่อไฟล์
- คลื่นความถี่ ECG ตามตัวกรองที่ใช้
- ป้ายกำกับ“ การย้ายพื้นฐานที่หลงทาง” หากตัวกรองพื้นฐานที่หลงทางถูกนำไปใช้
- ฉลาก“ ~ 50” หรือ“ ~ 60” ตามตัวกรองรอยที่นำไปใช้
ผู้ใช้สามารถทำการวัด (ช่วงเวลาหรือช่วงกว้าง) ระหว่างสองจุดของกราฟโดยใช้ปุ่ม "รับ Pt1" และ "รับ Pt2" ในการเลือกจุดแรก (Pt1) ผู้ใช้สามารถกด“ รับ Pt1” และเลือกจุดสัญญาณ ECG ด้วยตนเองโดยคลิกที่กราฟโดยตรง: จุดสีแดงจะปรากฏบนสัญญาณ ECG สีน้ำเงิน หากผู้ใช้พลาดเส้นโค้ง ECG จะไม่มีการเลือกจุดใด ๆ และสตริง“ ไม่เลือกจุด” จะปรากฏขึ้น: ผู้ใช้จะต้องทำการเลือกซ้ำ ขั้นตอนเดียวกันนี้จำเป็นสำหรับการเลือกจุดที่สอง (Pt2) ด้วยวิธีนี้ความแตกต่าง (Pt2 - Pt1) ของค่าเวลาเป็นมิลลิวินาที (dX) และค่าแอมพลิจูดเป็น mV (dY) จะปรากฏขึ้น ปุ่ม "ชัดเจน" จะเป็นการลบจุดที่เลือก
ผู้ใช้สามารถปรับอัตราขยายสัญญาณ ECG โดยใช้ปุ่ม“ +” (เพื่อขยาย) และปุ่ม“ -” (เพื่อลด); กำไรสูงสุด: 5.0 และกำไรขั้นต่ำ: 0.5
ขั้นตอนที่ 23: ตัวกรองเมนู
- ไม่มีตัวกรองดิจิทัล: ลบตัวกรองดิจิทัลที่นำไปใช้ทั้งหมด
- ลบพื้นฐานที่หลงทาง: ใช้การประมวลผลเฉพาะเพื่อลบการตระเวนพื้นฐาน ในกรณีที่มีเสียงดังมากการประมวลผลอาจล้มเหลว
- High pass ‘x’ Hz: ใช้ตัวกรอง high pass IIR ตามความถี่การตัดที่ระบุ ‘x’
- Low pass ‘x’ Hz: ใช้ตัวกรอง low pass IIR ตามความถี่ตัดที่ระบุ ‘x’
- เปิดการลบ 50 Hz (บาก + LowPass 25 Hz): ใช้ตัวกรอง FIR ที่เสถียรมากโดยเฉพาะซึ่งมีทั้งรอยที่ 50 Hz และ Low Pass ที่ประมาณ 25 Hz
- เปิดการลบ 60 Hz (รอยบาก + LowPass 25 Hz): ใช้ตัวกรอง FIR ที่เสถียรมากโดยเฉพาะซึ่งมีทั้งรอยที่ 60 Hz และ Low Pass ที่ประมาณ 25 Hz
- กำจัด 50 Hz: ใช้ตัวกรองรอยซ้ำที่ 50 เฮิร์ตซ์
- การกำจัด 60 Hz เปิด: ใช้ตัวกรองรอยซ้ำที่ 60 เฮิร์ตซ์
- การถอด 50/60 Hz OFF: ลบตัวกรองรอยที่นำไปใช้
ขั้นตอนที่ 24: ข้อมูลจำเพาะของฮาร์ดแวร์
- ความกว้างของสัญญาณอินพุตสูงสุด (สูงสุดถึงยอด): 3.6 mV (ความกว้างสูงสุดของสัญญาณสัญญาณขึ้นอยู่กับอัตราขยายของฮาร์ดแวร์)
- แหล่งจ่ายไฟ: ใช้แบตเตอรี่เท่านั้น (ทั้งชาร์จและไม่ชาร์จ)
- แรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำ: 6V (เช่นแบตเตอรี่ 4 x 1.5V)
- แรงดันไฟฟ้าสูงสุด: 9V (เช่น 6 x 1.5V หรือ 1 x 9V แบตเตอรี่)
- ความถี่สุ่มตัวอย่าง: 600 Hz
- Frequency Bandwidth @ - 3dB (ฮาร์ดแวร์): 0.1 Hz - 40 Hz (ขีด จำกัด บนของตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำสามารถเพิ่มได้ถึง 0.1 Hz - 150 Hz โดยการเปลี่ยนส่วนประกอบตัวกรอง RC (ดูคู่มือการประกอบ)
- CMRR: min1209 dB
- การขยาย (Hardware_Gain): 1005 (สามารถเปลี่ยนได้โดยการแทนที่ตัวต้านทานการขยาย (ดูคู่มือการประกอบ) - ความละเอียด: 5V / (1024 x Hardware_Gain)
- อคติปัจจุบันสูงสุด 10 nA - จำนวนช่อง ECG: 1
- นำไปสู่คลื่นไฟฟ้าหัวใจ: แขนนำไปสู่ LI, LII และ LIII
- การเชื่อมต่อสมาร์ทโฟน: ผ่านบลูทู ธ
- ทฤษฎีอุปทานในปัจจุบัน: <50 mA (ขึ้นอยู่กับข้อมูลแผ่นข้อมูลของส่วนประกอบต่าง ๆ )
- กระแสไฟที่วัดได้: <60 mA (พร้อมแหล่งจ่ายไฟ 9V และ Arduino Nano)
- จำนวนขั้วไฟฟ้า: 2 หรือ 3
อุปกรณ์อนุญาตให้บันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (LI, LII หรือ LIII) โดยใช้เพียง 2 ขั้วไฟฟ้า; อิเล็กโทรดอ้างอิง (สีดำ) เป็นอุปกรณ์เสริมและสามารถแยกออกได้โดยการถอดจัมเปอร์ J1 (หรือสวิตช์ S2 ดูที่ไฟล์คู่มือประกอบ) อย่างไรก็ตามอิเล็กโทรดอ้างอิงควรใช้เพื่อให้มีคุณภาพสัญญาณที่ดีขึ้น (ลดเสียงรบกวน)
ขั้นตอนที่ 25: ข้อมูลจำเพาะของซอฟต์แวร์
- การสร้างภาพคลื่นไฟฟ้าหัวใจในระหว่างการบันทึก (หน้าต่างเวลา: 3 วินาที)
- การประมาณอัตราการเต้นของหัวใจ (สำหรับ LI เท่านั้น)
- ความถี่สุ่มตัวอย่าง: 600 Hz
- การบันทึกสัญญาณ ECG และบันทึกลงในไฟล์ txt (สัญญาณที่กรองหรือไม่กรองสามารถบันทึกในไฟล์ txt ตามการตั้งค่า) ในหน่วยความจำภายในของสมาร์ทโฟน (โฟลเดอร์:“ ECG_Files” วางไว้ในรูทหลัก)
- ข้อมูล (ตัวอย่าง) ถูกบันทึกเป็นค่าใน mV ที่ 600 Hz (ค่า 16 หลัก)
- การสร้างภาพไฟล์ที่บันทึกพร้อมตัวเลือกการซูม, กริด, การปรับเพิ่ม (จาก“ x 0.5” ถึง“ x 5”) และการเลือกสองจุด (เพื่อวัดระยะเวลาและความแตกต่างของแอมพลิจูด)
- จอแสดงผลสมาร์ทโฟน: เลย์เอาต์ต่างปรับขนาดจอแสดงผลที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตามเพื่อให้ได้ภาพที่ดีขึ้นขอแนะนำให้ใช้หน้าจอขั้นต่ำ 3.7 'ที่ความละเอียด 480 x 800 พิกเซล
ตัวกรองดิจิตอล:
- High pass filter @ 0.1, 0.15, 0.25, 0.5, 1 Hz
- การกรองความถี่ต่ำที่ 25, 35, 40 Hz (@ 100 และ 150 Hz มีให้บริการในรุ่น ECG SmartApp สำหรับแบนด์วิดท์ที่ 150 Hz)
- การกรองรอยเพื่อลบสัญญาณรบกวนสายไฟฟ้า @ 50 หรือ 60 Hz
- การลบพื้นฐานที่หลงทาง
ขั้นตอนที่ 26: เข้าสัมผัส!
2 คนสร้างโปรเจคนี้!
คุณทำโครงการนี้หรือไม่? แบ่งปันกับเรา!
ข้อเสนอแนะ
-
Mash Up ตัวอย่างรหัส Arduino
-
Opensource Ornithopter Prototype Arduino ขับเคลื่อนและควบคุมจากระยะไกล
-
อินเทอร์เน็ตของชั้นเรียน
-
การประกวดงานไม้
-
การประกวด Arduino 2019
-
การประกวดจัดสวน
การสนทนา
0
4 เดือนที่แล้ว
เด็ดมาก ฉันชอบอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ DIY
