這是我們即將推出的模擬信號(hào)和濾波器設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)工具包中的一個(gè)項(xiàng)目，這是一個(gè)學(xué)習(xí)模擬濾波器的好電路。

探索心電信號(hào)處理：模擬信號(hào)調(diào)理和濾波器設(shè)計(jì)的深入研究

在我關(guān)于模擬電路和濾波器設(shè)計(jì)的最新工作中，我有機(jī)會(huì)探索一個(gè)將理論應(yīng)用于實(shí)踐的迷人項(xiàng)目——心電信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)。

這個(gè)項(xiàng)目是我們當(dāng)前模擬信號(hào)和濾波器設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)工具包的關(guān)鍵組成部分，我在這里分享系統(tǒng)的解釋，設(shè)計(jì)見(jiàn)解和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，揭開模擬電路世界的神秘面紗。在本文中，我將介紹這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則、模塊功能和實(shí)際設(shè)置，重點(diǎn)介紹它如何既可以作為教育工具，又可以作為實(shí)際應(yīng)用程序的健壯演示。

項(xiàng)目概述

心電圖(ECG)是精確模擬信號(hào)處理必不可少的一個(gè)主要例子。捕獲由心臟產(chǎn)生的微小電信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行處理以提取有意義的數(shù)據(jù)涉及線性電路設(shè)計(jì)和有效的濾波技術(shù)。

設(shè)計(jì)與模塊化

這個(gè)項(xiàng)目背后的核心原則之一是模塊化。這四個(gè)模塊中的每一個(gè)都被設(shè)計(jì)為一個(gè)獨(dú)立的PCB，允許您根據(jù)特定的學(xué)習(xí)或教學(xué)要求混合，重新排列和定制設(shè)置。這種模塊化方法不僅提高了系統(tǒng)的可靠性，而且使故障排除和增量改進(jìn)更加簡(jiǎn)單。

該項(xiàng)目圍繞四個(gè)基本模塊構(gòu)建，每個(gè)模塊都設(shè)計(jì)為緊湊的PCB，以確?？煽啃院湍K化：

儀器放大器該模塊負(fù)責(zé)捕獲和放大來(lái)自心臟的微小差分信號(hào)。它的高輸入阻抗和優(yōu)異的共模抑制對(duì)生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的準(zhǔn)確信號(hào)采集至關(guān)重要。

高通濾波器為了保證心電波形的基本特征得以保留，高通濾波器消除了低頻噪聲和直流偏移，這些噪聲和直流偏移可能是由患者的運(yùn)動(dòng)甚至呼吸引起的。這一步對(duì)于保持信號(hào)的保真度至關(guān)重要。

陷波濾波器在心電信號(hào)處理中常見(jiàn)的挑戰(zhàn)之一是電力線噪聲(50/60Hz)的干擾。陷波濾波器專門用于抑制這種干擾，確保心電信號(hào)不受環(huán)境電磁干擾的影響。

低通濾波器最后，低通濾波器用于減輕高頻噪聲，如EMI和諧波失真。這有助于進(jìn)一步清理信號(hào)，使波形為分析和診斷目的做好準(zhǔn)備。

模塊化設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)

靈活性：通過(guò)重新配置或升級(jí)單個(gè)模塊，使系統(tǒng)適應(yīng)各種實(shí)驗(yàn)。

易于使用：pcb的即插即用特性允許初學(xué)者和專業(yè)人員在面包板上構(gòu)建和測(cè)試系統(tǒng)。

可擴(kuò)展性：無(wú)論您是進(jìn)行課堂演示還是詳細(xì)研究，模塊化設(shè)計(jì)都可以擴(kuò)展以滿足您的需求。

建立實(shí)驗(yàn)

對(duì)于那些喜歡親自動(dòng)手的人來(lái)說(shuō)，在面包板上構(gòu)建這個(gè)項(xiàng)目既是一種挑戰(zhàn)，也是一種有益的體驗(yàn)。下面是構(gòu)建過(guò)程的快速概要：

設(shè)置pcb：首先將四個(gè)緊湊的pcb(儀表放大器，高通濾波器，陷波濾波器和低通濾波器)放在面包板上。它們標(biāo)準(zhǔn)化的外形簡(jiǎn)化了集成。

模塊互連：按順序連接模塊-首先捕獲心電信號(hào)，然后分階段過(guò)濾掉不需要的頻率。每個(gè)模塊的輸出直接饋送到下一階段，確保干凈的信號(hào)路徑。

lab - on - on - go集成：為了增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)，我建議使用lab - on - go設(shè)置測(cè)試您的構(gòu)建。這個(gè)便攜式平臺(tái)允許您觀察實(shí)時(shí)信號(hào)處理，使其成為課堂或車間環(huán)境的絕佳演示。

校準(zhǔn)和測(cè)試：使用專業(yè)的臺(tái)式儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，以驗(yàn)證設(shè)置的性能。雖然面包板演示非常適合初始測(cè)試，但臺(tái)式儀器可以在需要時(shí)提供更高的精度。

結(jié)論

這個(gè)心電信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)不僅是探索模擬電路設(shè)計(jì)的一個(gè)極好的教育工具，而且是一個(gè)實(shí)際的演示，說(shuō)明如何通過(guò)模塊化，可擴(kuò)展的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的信號(hào)處理。

本文編譯自hackster.io