Podrobno

Realistični simulator EKG signala za izobraževalne namene
ID Primožič, Gal (Avtor), ID Mahnič-Kalamiza, Samo (Mentor) Več o mentorju... Povezava se odpre v novem oknu

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka, prenos (3,68 MB)
MD5: 737F36BA1567BA8A59B81B7A861BE848

Izvleček
V diplomski nalogi obravnavam realistično simulacijo EKG-signala za izobraževalne namene. Osredotočil sem se na razumevanje in preverjanje delovanja obstoječega vezja ter na primerjavo med simulacijo in fizično izvedbo. Izhodišče za realizacijo vezja je načrt za izdelavo EKG-simulatorja Engineering World Health. V prvi fazi sem vezje realiziral na protoboardu ter opravil meritve z osciloskopom. Pri oscilatorskem delu je bilo vezje najprej potrebno dopolniti (zamenjava bremenilnih kapacitet na 22 pF in odstranitev serijskega upora), da je kristal pričel z nihanjem. Ko sem imel delujoče fizično vezje, sem pripravil še simulacijski model v programu LTspice, kjer sem del izhodov CD4521 nadomestil s časovno usklajenimi napetostnimi viri, saj integriranega vezja CD4521 ni bilo mogoče simulirati. Prišel sem do zaključka, da je vezje zasnovano iz treh glavnih delov: kristal 4,1943 MHz z delilnikom CD4521 zagotavlja časovno osnovo, števec CD4017 jo razdeli na segmente, upori, kondenzatorji in diode pa oblikujejo segmente P, QRS in T. Rezultati kažejo, da se simulirani signal dobro ujema z referenčnim EKG-jem: zaporedje valov je pravilno, QRS je ozek in strm, odstopanja pa se pojavijo predvsem pri preveč simetričnih vrhovih P in T valov. Pri meritvah na protoboardu so odstopanja večja: P-val je preoster in ima preveliko amplitudo, prehod od R do S ni čisto linearen, prisoten pa je tudi šum. Vzroki za to so predvsem parazitske kapacitivnosti in induktivnosti, dolge povezave in slabi kontakti. Cilji naloge (sestava vezja, analiza sklopov ter preverjanje z meritvami in simulacijo) so doseženi. Glavno dodano vrednost projekta vidim kot izobraževalno pomoč, saj simulator omogoča, da študenti zamenjujejo komponente in neposredno opazujejo vpliv na P, QRS in T segmente, hkrati pa spoznavajo tudi delovanje srca. Omejitve: realističnost je ocenjena vizualno, navodila EWH zahtevajo nekaj dopolnitev (zagon kristala, okvirne vrednosti uporov in kondenzatorjev). Kljub temu je rezultat uporaben kot nizkocenovni učni pripomoček in dobra osnova za nadgradnjo na PCB.

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:EKG, simulator, protoboard, LTspice
Vrsta gradiva:Diplomsko delo/naloga
Tipologija:2.11 - Diplomsko delo
Organizacija:FE - Fakulteta za elektrotehniko
Leto izida:2025
PID:20.500.12556/RUL-171322 Povezava se odpre v novem oknu
COBISS.SI-ID:246661123 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:22.08.2025
Število ogledov:193
Število prenosov:40
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Sekundarni jezik

Jezik:Angleški jezik
Naslov:Realistic ECG signal simulator for educational purposes
Izvleček:
This thesis addresses realistic ECG-signal simulation for educational use. It focuses on understanding and verifying an existing circuit and on comparing its simulated and hardware implementations. The build is based on the Engineering World Health ECG-simulator design. In the first phase I assembled the circuit on a breadboard and measured it with an oscilloscope. The oscillator section required a fix (both load capacitors set to 22 pF and the series resistor removed) so the crystal would start oscillating. With the hardware running, I prepared an LTspice model in which I replaced part of the CD4521 outputs with time-aligned voltage sources, since the CD4521 could not be simulated directly. I concluded that the circuit consists of three main blocks: a 4.1943 MHz crystal with a CD4521 frequency divider providing the time base; a CD4017 counter that splits this base into timing segments; and resistor–capacitor networks with diodes that shape the P, QRS, and T segments. The results show that the simulated signal matches a reference ECG well: the wave sequence is correct and the QRS is narrow and steep, with deviations mainly at the overly symmetric peaks of the P and T waves. On the breadboard the deviations are larger: the P wave is too sharp and too high, the R-to-S transition is not perfectly linear, and noise is present. The causes are primarily parasitic capacitances/inductances, long wiring, and imperfect contacts. The project goals (hardware assembly, block-level analysis, and verification via measurements and simulation) were achieved. The main added value is educational: the modular simulator lets students swap components and directly observe their effect on the P, QRS, and T segments while also learning about cardiac function. Limitations: realism was assessed visually, and the EWH instructions would benefit from additions (crystal start-up guidance and indicative R/C values). Nevertheless, the outcome is a useful low-cost teaching aid and a solid basis for a PCB version.

Ključne besede:ECG, simulator, breadboard, LTspice

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Nazaj