Sonografie cu ultrasunete corporală cu Arduino: 3 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Buna!

Pasiunea și pasiunea mea sunt să realizez proiecte de fizică. Una dintre ultimele mele lucrări este despre sonografia cu ultrasunete. Ca întotdeauna, am încercat să o fac cât mai simplă posibil cu piese pe care le puteți obține pe eBay sau AliExpress. Deci, să aruncăm o privire cât de departe pot merge cu articolele mele simple …

M-a inspirat acest proiect un pic mai complicat și mai scump:

hackaday.io/project/9281-murgen-open-sourc…

Iată părțile de care aveți nevoie pentru proiectul meu:

principalele părți:

• un indicator pentru măsurarea grosimii vopselei pentru 40 USD: indicator pentru grosimea vopselei eBay GM100
• sau doar traductorul de 5 MHz pentru 33 USD: transductor ebay de 5 MHz
• un arduino scadent pentru 12 USD: ebay arduino scadent
• un ecran de 320x480 pixeli pentru 11 USD: afișaj arduino de 320x480
• două surse de alimentare de 9V / 1A pentru alimentarea simetrică + 9 / GND / -9V
• gel cu ultrasunete pentru sonografie: gel cu ultrasunete de 10 USD

pentru transmițător:

• un convertor step-up pentru necesarul de 100V pentru 5 USD: convertor de 100V boost
• un convertor step-up comun care furnizează 12-15V pentru convertorul de 100V pentru 2 USD: XL6009 convertor de boost
• un regulator de tensiune LM7805
• monoflop-IC 74121
• driver-mosfet ICL7667
• Mosfet IRL620: IRL620
• condensatori cu 1nF (1x), 50pF (1x), 0,1µF (1x electrolitic), 47µF (1x electrolitic), 20 µF (1 x electrolitic pentru 200V), 100 nF (2x MKP pentru 200V: 100nF20µF
• rezistențe cu 3kOhm (0.25W), 10kOhm (0.25W) și 50Ohm (1W)
• Potențiometru de 10 kOhm
• 2 buc. Socluri C5: soclu C5 de 7 USD

pentru receptor:

• 3 buc. Amplificare operațională AD811: ebay AD811
• 1 buc. LM7171 amplificare operațională: ebay LM7171
• 5 x 1 nF condensator, 8 x 100nF condensator
• Potențiometru 4 x 10 kOhm
• 1 x 100 kOhm potențiometru
• Rezistențe de 0,25 W cu 68 Ohm, 330 Ohm (2 buc.), 820 Ohm, 470 Ohm, 1,5 kOhm, 1 kOhm, 100 Ohm
• 1N4148 diode (2 buc.)
• Diodă zener de 3,3 V (1 buc.)

Pasul 1: Circuitele emițătorului și receptorului meu

Sonografia este un mod foarte important în medicină de a privi în interiorul corpului. Principiul este simplu: un transmițător trimite impulsuri ultrasonore. Se răspândesc în corp, sunt reflectate de organele sau oasele interioare și revin la receptor.

În cazul meu, folosesc ecartamentul GM100 pentru măsurarea grosimii straturilor de vopsea. Deși nu este destinat să privesc în interiorul corpului, pot să-mi văd oasele.

Transmițătorul GM100 funcționează cu o frecvență de 5 MHz. Prin urmare, trebuie să creați impulsuri foarte scurte cu o lungime de 100-200 nanosecunde. 7412-monoflop este capabil să creeze astfel de impulsuri scurte. Aceste impulsuri scurte merg către driverul ICL7667-mosfet, care conduce poarta unui IRL620 (atenție: mosfet trebuie să poată gestiona tensiuni de până la 200V!).

Dacă poarta este pornită, condensatorul de 100V-100nF se descarcă și un impuls negativ de -100V este aplicat transmițătorului-piezo.

Ecourile cu ultrasunete, primite de la capul GM100 se îndreaptă către un amplificator cu 3 trepte, cu OPA AD820 rapid. După al treilea pas veți avea nevoie de un redresor de precizie. În acest scop, folosesc un amplificator operațional LM7171.

Atenție: am obținut cele mai bune rezultate, când scurtez intrarea redresorului de precizie cu o buclă dupont-wire (? În circuit). Nu prea înțeleg de ce, dar va trebui să îl verificați dacă încercați să reconstruiți scanerul meu cu ultrasunete.

Pasul 2: software-ul Arduino

Impulsurile reflectate trebuie stocate și afișate de un microcontroler. Microcontrolerul trebuie să fie rapid. Prin urmare, aleg un arduino datorat. Am încercat două tipuri diferite de coduri rapide de citire analogică (uitați-vă la atașamente). Unul este mai rapid (aproximativ 0,4 µs pe conversie), dar am obținut de 2-3 ori aceeași valoare când citesc în intrarea analogică. Celălalt este puțin mai lent (1 µs pe conversie), dar nu are dezavantajul valorilor repetate. Am ales primul …

Există două comutatoare pe placa de recepție. Cu acele înțepături puteți opri măsurarea și puteți alege două baze de timp diferite. Una pentru măsurarea timpilor între 0 și 120 µs și cealaltă între 0 și 240 µs. Am realizat acest lucru citind 300 de valori sau 600 de valori. Pentru 600 de valori durează de două ori, dar apoi iau fiecare secundă analog-in-value.

Ecourile primite sunt citite cu unul dintre porturile de intrare analogice ale arduino-ului. Dioda zener ar trebui să protejeze portul pentru tensiuni prea mari, deoarece arduino datorat poate citi numai tensiuni de până la 3,3 V.

Fiecare valoare de intrare analogică este apoi transformată într-o valoare cuprinsă între 0 și 255. Cu această valoare va fi desenată o altă rectancie de culoare gri pe afișaj. Albul înseamnă semnal / ecou ridicat, gri-închis sau negru înseamnă semnal / ecou scăzut.

Iată liniile din cod pentru desenarea dreptunghiurilor cu lățimea de 24 pixeli și înălțimea de 1 pixel

pentru (i = 0; i <300; i ++) {

valori = hartă (valori , 0, 4095, 0, 255);

myGLCD.setColor (valori , valori , valori );

myGLCD.fillRect (j * 24, 15 + i, j * 24 + 23, 15 + i);

}

După o secundă, următoarea coloană va fi desenată …

Pasul 3: Rezultate

Am examinat diferite obiecte de la cilindrii de aluminim, peste baloane umplute cu apă, până la corpul meu. Pentru a vedea ecourile corpului, amplificarea semnalelor trebuie să fie foarte mare. Pentru cilindrii din aluminiu este necesară o amplificare mai mică. Când te uiți la imagini poți vedea clar ecourile de pe piele și osul meu.

Deci, ce pot spune despre succesul sau eșecul acestui proiect. Este posibil să privim în interiorul corpului cu metode atât de simple și folosind piese care nu sunt destinate în mod obișnuit în acest scop. Dar acești factori limitează și rezultatele. Nu aveți imagini atât de clare și bine structurate în comparație cu soluțiile comerciale.

Dar și acesta este cel mai important lucru, l-am încercat și am făcut tot posibilul. Sper că ți-au plăcut aceste instructabile și a fost cel puțin interesant pentru tine.

Dacă doriți să aruncați o privire asupra celorlalte proiecte fizice ale mele:

www.youtube.com/user/stopperl16/videos?

mai multe proiecte de fizică: