خانه / چگونه بسازیم / الکترونیکی / مدار الکتروکاردیوگرام یا ECG ساده و کارآمد بسازید

مدار الکتروکاردیوگرام یا ECG ساده و کارآمد بسازید

الکتروکاردیوگرافی به معنای مطالعه سیگنال های الکتریکی ایجاد شده توسط قلب در حین چرخه قلبی است. با بررسی وضعیت الکتروکاردیوگرام یک فرد می توان اطلاعات خوبی درباره عملکرد قلب و بیماری های قبلی بدست آورد. در این ساختنی، آموزش ساخت مدار الکتروکاردیوگرام را یاد می گیرید. برای ساخت مدار الکتروکاردیوگرام باید با مفاهیمی مثل فیلترها، تقویت کننده های عملیاتی و آنالیز نودال آشنا باشید.

مدار الکتروکاردیوگرام یا مدار ECG را می توانید به عنوان یک پروژه الکترونیکی مستقل بسازید یا از آن در ساخت گجت های سلامتی دست ساز استفاده کنید. دقت کنید که مدار الکتروکاردیوگرام نباید به صورت مستقیم به پریز برق یا هر دستگاهی که مستقیماً از پریز برق تغذیه می شود، وصل بشود. ضمناً این مدار دقت تجهیزات پزشکی را ندارد و نباید به عنوان یک ابزار یا دستگاه پزشکی استفاده بشود.

گام اول: وسایل مورد نیاز

  • آمپلی فایر یا تقویت کننده ابزارگزینی AD623
  • مقاومت ۱K
  • منبع تغذیه +/-۵V – می توانید از دو باتری لیتیوم پلیمری استفاده کنید. این دو باتری مجموعاً +/-۳٫۷V در اختیارتان قرار می دهند.
  • سه عدد الکترود ECG
  • سه عدد کابل تست مدار

گام دوم: تقویت کننده ابزارگزینی

تقویت کننده ابزارگزینی به چند دلیل تقویت کننده اصلی برای اندازه گیری های بیوالکتریک است. امپدانس ورودی بالا و نرخ حذف مد مشترک خوب مهمترین این دلایل هستند که بیشتر درباره آنها توضیح می دهیم.

امپدانس ورودی بالا این اطمینان را می دهد که جریان را از سیستمی که آن را اندازه گیری می کنیم، دریافت نمی کنیم. چون به به یک سیستم بیولوژیکی متصل هستیم، دریافت جریان از خود سیستم می تواند بسیار خطرناک باشد. علاوه براین، معمولاً از الکترود برای ارتباط سیستم بیولوژیکی با مدار استفاده می شود. این الکترودها هم اغلب فلزی و رسانای الکتریسته هستند. متاسفانه امپدانس الکترود بعد از قرار گرفتن در سیستم بیولوژیکی به شدت غیرقابل پیش‌بینی می شود. استفاده از یک تقویت کننده با امپدانس ورودی بالا، تاثیر تغییر امپدانس الکترودها را خنثی می کند و یکپارچگی سیگنال را حفظ می کند.

حذف مد مشترک امکان کاهش تاثیر سیگنال های پس زمینه که اندازه گیری را مختل می کنند – و معمولاً با نان نویز مد مشترک شناخته می شوند – را فراهم می کند. تقویت کننده های ابزارگزینی به صورت اختصاصی برای حذف حداکثر نویز مد مشترک ممکن طراحی شده اند. این مقدار در دیتاشیت تقویت کننده با عنوان اختصاری CMRR یا CMR و با واحد dB یا دسیبل ذکر می شود.

در ساختنی بخوانید :  مدار فیلتر ساب ووفر (Subwoofer) برای سیستم صوتی خودرو بسازید

گام سوم: اتصالات الکترود و تغذیه تقویت کننده

برای اندازه گیری و ثبت ECG می توانید الکترودها را در قسمت های مختلف بدن قرار بدهید. نقاط پیشنهادی ما مچ دست راست و چپ و مچ پای راست است. الکترود مچ دست راست Electrode 1، الکترود مچ دست چپ Electrode 2 و الکترود مچ پای راست متصل به زمین است.

برای تغذیه اپ آمپ، +۵V را به +Vs(پین۶) و -۵V را به -Vs(پین۴) وصل کنید.

گام چهارم: مدار الکتروکاردیوگرام آماده است

مدار الکتروکاردیوگرام آماده است
مدار الکتروکاردیوگرام آماده است

حالا یک مدار الکتروکاردیوگرام ساده دارید. اگر می خواهید کارایی و کیفیت مدار بیشتر بشود، با ساختنی همراه باشید و در مراحل بعدی آموزش اضافه کردن قطعات جدید به مدار را بخوانید. قطعاتی که برای اضافه کردن به مدار الکتروکاردیوگرام انتخاب می کنید، نحوه پیکربندی تقویت کننده ابزارگزینی را مشخص می کند.

گام پنجم: قطعات مورد نیاز برای تکمیل مدار

در گام های بعدی، مدار الکتروکاردیوگرام را طوری تغییر می دهیم که از منبع تکی برای تقویت کننده ها استفاده کند. برای اینکار به قطعات زیر نیاز دارید:

  • تقویت کننده ابزارگزینی AD623
  • اپ آمپ MCP6002
  • مقاومت ۱K
  • مقاومت ۱۰K
  • مقاوم ۸۲۰K
  • مقاومت ۱٫۴۷M
  • سه عدد خازن ۴۷۰nF
  • منبع تغذیه ۵ ولتی – می توانید از یک باتری لیتیوم پلیمری (۳٫۷+ ولتی) یا آردوینو استفاده کنید.
  • سه عدد الکترود ECG
  • سه عدد کابل تست مدار

گام ششم: اصلاح تقویت کننده ابزارگزینی با ژنراتور Vref

استفاده از تقویت کننده هایی که با منبع تغذیه تکی کار می کنند، ساخت مدار الکتروکاردیوگرام را بسیار ساده می کند. بسیاری از تقویت کننده ها با منبع دوقطبی تغذیه می شوند؛ یعنی برای کارایی درست باید یک ولتاژ منفی و یک ولتاژ مثبت به آنها بدهید. اما تقویت کننده های منبع تکی، فقط به یک ولتاژ مثبت و اتصال به زمین برای کارایی درست نیاز دارند. استفاده از این نوع تقویت کننده ساخت مدار ECG را ساده تر می کند چون می توانید با باتری لیتیوم پلیمری و حتی چند باتری AAA مدار را تغذیه کنید. استفاده از میکروکنترلر به همراه تقویت کننده ها، کارایی مدار را ساده تر هم می کند.

استفاده از منبع تغذیه تکی برای تقویت کننده ابزارگزینی که ECG را اندازه گیری می کند، یک مشکل ایجاد می کند. شکل موج ECG مدار ما جریان متناوب یا AC است و بین ولتاژهای مثبت و منفی تغییر می کند. در نتیجه باید از یک ژنراتور Vref استفاده کنیم تا ولتاژ افست را برای خروجی تقویت کننده ابزارگزینی فراهم کند. با اضافه کردن این ژنراتور، مطمئن می شویم که ولتاژ خروجی تقویت کننده هیچگاه منفی نمی شود. ژنراتور Vref را روی ۲/۱ ولتاژ مثبت منبع تغذیه تنظیم می کنیم. ولتاژ تغذیه مدار الکتروکاردیوگرام ما ۵ ولت است و در نتیجه ولتاژ ژنراتور Vref 2.5 ولت خواهد بود.

در ساختنی بخوانید :  با استفاده از CD تری کوپتر (Tricopter) پرنده بسازید

گام هفتم: اتصالات الکترود و تغذیه تقویت کننده

الکترودها را وصل کنید
الکترودها را وصل کنید

اتصال الکترودها را مطابق گام سوم انجام بدهید. یک الکترود به مچ دست راست، یک الکترود به مچ دست چپ و یک الکترود هم به مچ پای راست وصل کنید.

اتصال منبع تغذیه تقویت کننده در این نسخه مدار کمی تغییر می کند. اپ آمپ را با قرار دادن +۵V در +Vs (پین۶) و GND در -Vs (پین۴) تغذیه کنید. خروجی ژنراتور Vref را هم به REF (پین۵) وصل کنید.

گام هشتم: فیلتر بالا گذر (Highpass) را فعال کنید

فیلتر های‌پس را اضافه کنید
فیلتر های‌پس را اضافه کنید

اگر متوجه شدید سیگنال مدار به اندازه کافی قوی نیست – حتی بعد از اضافه کردن بهره به تقویت کننده ابزارگزینی – یک مدار تقویت کننده دیگر اضافه کنید تا مشکل حل بشود. می توانید از نوع پیکربندی تقویت کننده استفاده کنید اما برای اطمینان بیشتر تقویت کننده ابزارگزینی را انتخاب کنید. همانطور که در شماتیک می بینید در این قسمت مدار هم از فیلترینگ استفاده می کنیم و این استیج را به یک فیلتر های‌پس فعال تبدیل می کنیم.

این شماتیک با پیکربندی تقویت کننده های معکوس معمولی چند تفاوت دارد. اول اینکه بجای قرار دادن اتصال به زمین روی پین غیر معکوس، ولتاژ منبع تولید شده در گام شش را روی این پین قرار داده ایم. تفاوت دوم هم قرار دادن فیلتر های‌پس روی ورودی تقویت کننده معکوس است. این فیلتر کارکرد خاصی دارد؛ اگرچه از ژنراتور Vref برای تقویت کننده ابزارگزینی استفاده کردیم تا ولتاژ خروجی را در یک سطح ثابت نگه داریم، احتمال انحراف از سطوح مورد نظر وجود دارد. به همین خاطر از فیلتر های‌پس استفاده می کنیم تا سطح ولتاژ ناپایدار را مسدود کند و دوباره سیگنال را در ولتاژ مرجع ایجاد شده متمرکز کند. طبق قوانین اپ آمپ، ولتاژ ورودی های اپ آمپ با هم برابرند. در نتیجه اگر ولتاژ پین غیرمعکوس Vref باشد، ولتاژ پین معکوس هم معکوس خواهد بود. علاوه براین چون روی ورودی تقویت کننده از فیلتر های‌پس استفاده می کنیم، تقویت کننده معکوس هیچگونه بهره DC نخواهد داشت و ولتاژ خروجی بر محور Vref متمرکز می شود.

در ساختنی بخوانید :  آموزش ساخت : چسب ماد پاج خانگی بسازید

مدار الکتروکاردیوگرام آماده است

مدار الکتروکاردیوگرام آماده است و می توانید نسخه کاملتر آن را هم تست کنید. برای اینکه مدار بهترین کارایی را داشته باشد، باید نکات زیر را رعایت کنید. از همین نکات می توانید برای اشکال یابی مدار الکتروکاردیوگرام هم استفاده کنید.

اتصال الکترودها

  • برای رسیدن به سیگنال ECG ثابت، محل الکترودها و تماس آنها با پوست باید درست و دقیق باشد. الکترودها را روی نقاط مناسب قرار بدهید و نگذارید خشک بشوند (از ژل الکترود استفاده کنید).
  • الکترودهای مدار ولتاژ DC بسیار کوچکی را جذب می کنند و این ولتاژ توسط تقویت کننده ابزارگزینی تقویت می شود. اگر خروجی تقویت کننده ابزارگزینی به حداکثر یا حداقل ولتاژ رسید، بهره تقویت کننده را کاهش بدهید. همچنین می توانید با اندازه گیری ولتاژ DC ورودی های تقویت کننده، ولتاژ افست DC را چک کنید. اگر رقم حاصل مابه‌التفاوت ولتاژ DC ورودی های تقویت کننده ضربدر بهره تقویت کننده خیلی زیاد بود، سیگنال مدار در اثر انحراف قوی نقطه بیاس تنظیم شده در گام سوم منحرف می شود. برای حل این مشکل جای الکترودها را روی پوست محکم کنید یا کمی ژل الکترود به پوست بزنید.

تقویت کننده

  • اگر برای Rg از مقاومت های کوچکتر از ۱K استفاده کنید، عملکرد تقویت کننده ناپایدار می شود.

نکات کلی

  • قبل از اینکه مدار الکتروکاردیوگرام را روشن کنید، تمام الکترودها را به مدار وصل کنید. اگر قبل از روشن شدن تقویت کننده، ورودی های تقویت کننده ابزارگزینی به نقطه مرجع وصل نشوند رفتار شناور غیرقابل پیش‌بینی خواهند داشت. اتصال سریع الکترودها هم این مشکل را حل نمی کند. پس هنگام راه اندازی مدار الکتروکاردیوگرام این نکته را رعایت کنید.
  • هنگام اندازه گیری بدون حرکت بمانید تا سیگنال ها منحرف نشوند.
  • بدن تان باید راحت باشد چون کشش ماهیچه ها روی سیگنال های الکتریکی تاثیر می گذارد.

به ساختنی بگویید از مدار الکتروکاردیوگرام چه استفاده ای می کنید و چه پیشنهادی برای اصلاح یا بهبود طراحی مدار دارید.

منبع

خلاصه مطلب
مدار الکتروکاردیوگرام یا ECG ساده و کارآمد بسازید
عنوان مطلب
مدار الکتروکاردیوگرام یا ECG ساده و کارآمد بسازید
توضیح کوتاه
با این مدار ضربان قلب تان را با بیشترین دقت بررسی کنید.
نویسنده
ساختنی

بیشتر بخوانید:

آموزش ساخت : قفسه کتاب رومیزی بسازید اگر شما هم عادت به مطالعه همزمان چند کتاب دارید یا همیشه چند کتاب گوشه و کنار خانه می گذارید، باید یک قفسه کتاب رومیزی داشته باشید. با این قفسه کتاب ر...
آموزش ساخت استیک آتش زنه بادوام، سبک و کوچک... یکی از مهمترین وسایلی که باید در هر کیت کوهنوردی باشد، وسایل روشن کردن آتش است. قبلاً در ساختنی روش های مختلف آتش درست کردن در طبیعت و ساخت آتش زنه را...
آموزش ساخت : موشک کاغذی کنترل از راه دور بسازید... در این ساختنی طرز ساخت یک گجت 9 گرمی را می آموزید که موشک کاغذی را از راه دور کنترل میکند. ساخت هواپیما یا ماشن کنترل از راه دور نیاز به ابزار و مهارت...
ریسه جشن تولد بافتنی با طرح کدو حلوایی بسازید... کسانی که می خواهند خودشان ریسه جشن تولد بسازید، معمولاً از کاغذ استفاده می کنند. ریسه های کاغذی هم دوام زیادی ندارند و حداکثر دوبار میشود از آنها استف...
با میز کار تخته سیاه ایده هایتان را در لحظه ثبت کنید... در این ساختنی طرز ساخت یک میز کار را یاد می گیرید که برای هر دفتری ضروری است. این میز در واقع یک تخته سیاه افقی است که می توانید ایده هایتان را بلافاص...
ساعت دیواری هوشمند متصل به اینترنت بسازید و زمان را کنترل کنید!... وقتی داریم خوش می گذرانیم، زمان زود می گذرد و وقتی بی حوصله هستیم، زمان کند می شود. واضح است که زمان نسبی است و ادراک ما از زمان با وضعیت ذهنی مان تغی...

درباره عاطفه اسدزاده

عاطفه اسدزاده
عاطفه اسدزاده،یکی از نویسندگان وبسایت ساختنی است.

پیشنهاد می کنیم

آموزش ساخت مدار سوئیچ RC فشرده مخصوص ربات های پرنده

اگر اهل ساخت پروژه های RC و ربات های پرنده هستید، این مدار خیلی به …

پاسخ دهید