如何构建放大/滤波电路以及用户界面

步骤1：定义需求和主要成分

电路的作用是放大患者产生的ECG信号，并过滤掉所有相关的噪声。原始信号由一个最大幅度约为2 mV的复数波形和QRS复数中100 Hz至250 Hz范围内的频率分量组成。这是要放大和记录的信号。

除了感兴趣的信号之外，还从多个源产生了噪声。电源产生60 Hz的噪声，并且患者移动会产生小于1 Hz的伪影。背景辐射和电信信号（例如手机和无线互联网）引入了更多的高频噪声。噪声的收集是要过滤的信号。

电路必须首先放大原始信号。然后，它必须滤除60 Hz的噪声以及160 Hz以上的任何其他噪声。由于可以简单地指示患者保持静止状态，因此无需过滤与患者运动相关的低频噪声。

因为该信号的测量结果是位于患者身上两个电极之间的电位差，所以放大通过使用仪表放大器来实现。也可以使用一个简单的差动放大器，但是仪表放大器在噪声抑制和容差方面通常表现更好。通过使用陷波滤波器可实现60 Hz的滤波，其余的高频滤波可通过使用低通滤波器实现。这三个元素构成了整个模拟电路。

了解了电路的三个元素，可以定义有关增益，截止频率和组件带宽的较小细节。

仪表放大器的增益设置为670 。它足够大，可以记录小的ECG信号，但是也足够小，以确保在使用接近20 mV的信号测试电路时，运放的行为在其线性范围内，这是某些函数发生器的最小值。

陷波滤波器将以60 Hz为中心。

低通滤波器的截止频率为160 Hz。这仍应捕获大多数QRS复合信号并拒绝高频背景噪声。

步骤2：仪表放大器

上面的示意图描述了仪表放大器。

放大器有两个阶段。第一级由上图左侧的两个运放组成，第二级由右侧的单个运放组成。每一个的增益都可以随意调节，但是我们决定以670 V/V的增益进行构建。这可以通过以下电阻值实现：

R1：100欧姆

R2：3300欧姆

R3：100欧姆

R4：1000欧姆

步骤3：陷波滤波器

上面的示意图描述了陷波滤波器。这是一个有源滤波器，因此我们可以根据需要选择使其放大或衰减信号，但是我们已经实现了所有必要的放大，因此我们为此运算放大器选择了一个增益。中心频率应为60 Hz，品质因数应为8。这可以通过以下组件值实现：

R1：503欧姆

R2：128612欧姆

R3：503欧姆

C：0.33微法拉

步骤4：低通滤波器

《同样，这是一个有源滤波器，因此我们可以选择所需的任何增益，但我们将选择1。这是通过将上面的R4变成短路，并将R3变成开路来实现的。其余的，与其他组件一样，是通过使用我们先前定义的要求以及控制电路的方程式来获得单个元素值来实现的：

R1：12056欧姆

R2 ：19873.6欧姆

C1：0.047微法拉

C2：0.1微法拉

第5步：虚拟设计全电路

在进入真正的模拟电路制造之前，在虚拟电路构建软件（如PSPICE）中设计电路对捕获错误和巩固计划非常有帮助。此时，可以捕获电路的AC扫描，以确保一切都按计划进行。

步骤6：构建完整电路

可以按照您希望的任何方式构建电路，但是在这种情况下选择了面包板。

建议在面包板上进行组装，因为它比焊接容易，但焊接会提高耐用性。还建议将0.1 microFarad旁路电容器与电源并联放置，以帮助消除恒定功率产生的不必要偏差。

步骤7：LabVIEW用户界面

LabVIEW用户界面是一种将模拟信号转换为ECG信号的直观和数字表示形式的方法，用户可以轻松地对其进行解释。 DAQ板用于将信号从模拟转换为数字，并将数据导入LabVIEW。

该软件是基于对象的程序，可帮助进行数据处理和界面创建。数据首先由图形直观地表示，然后执行一些信号处理以确定心跳的频率，以便可以将其显示在图形旁边。

为了确定心律频率，必须检测心跳。这可以通过Lab VIEW的峰检测对象来完成。对象在接收到的数据数组中输出峰的索引，然后可将其用于计算以确定两次心跳之间经过的时间。

由于LabVIEW详细信息将是一个完全不同的Instructable，因此我们将这些详细信息留给其他来源。该程序的确切工作原理可以从上面的框图中看到。

步骤8：LabVIEW最终用户界面

最终用户界面显示经过放大，滤波，转换和处理的信号，以及以每分钟心跳数为单位的心跳频率读数