Kurset giver en projektbaseret udbygning af et indledende kendskab til analoge og digitale sensorsystemer med integration af avancerede analoge kredsløb og avanceret anvendelse af mikrocontrollere.

I kursets gennemgående projekt udvikles et komplet system til måling, forstærkning, filtrering og digitalisering af et EKG-signal. Projektet gennemføres med afsæt i V-modellen for teknologiudvikling og struktureres i faserne Conceive, Design, Implement, Integrate og Verify.

Gennem en sammenhængende ingeniørfaglig narrativ introduceres de studerende til systematisk produktudvikling inden for medicoteknisk instrumentering. I de indledende faser arbejdes der med needfinding og problemforståelse. Der udvikles et systemkoncept, ansvar fordeles mellem analoge og digitale delsystemer, kliniske og fysiske rammebetingelser analyseres, og der formuleres kravspecifikationer både internt i delsystemerne og på tværs af definerede interfaces.

I implementeringsfasen designes og dimensioneres analoge kredsløb, printplader udvikles og fremstilles, komponenter monteres, og delsystemer verificeres enkeltvist. Mikrocontrolleren programmeres til at håndtere kommandoer fra en brugergrænseflade, foretage analog-til-digital konvertering samt transmittere data tilbage til brugergrænsefladen.

I den afsluttende fase integreres delsystemerne til et samlet målesystem, som verificeres i forhold til de opstillede krav. En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:

• Anvende V-modellen (Conceive–Design–Implement–Integrate–Verify) til at strukturere, styre og dokumentere et teknologiudviklingsforløb samt sikre sporbarhed mellem behov, krav, design og verifikation.
• Selvstændigt analysere problemstillinger, definere og begrunde arkitektonisk opdeling af systemet samt allokere krav mellem analoge og digitale delsystemer under hensyntagen til systemansvar og grænseflader.
• Gennemføre relevant og kritisk informationssøgning inden for hjertets elektrofysiologi, fysik, kredsløbsteori og indlejrede systemer for at udvide og forankre egen viden i relation til en konkret udviklingsopgave.
• Redegøre for hjertets elektrofysiologi, herunder aktionspotentialer, hjertevektor, lead-vektor og dannelse af differentialleads fra kroppen samt relatere disse til målte EKG-signaler.
• Analysere bioelektriske målesystemers fysiske rammer, herunder elektroders egenskaber, halv-celle-potentialer, impedansforhold, elektrisk interferens og grundlæggende principper for elsikkerhed.
• Redegøre for og anvende teorier og metoder inden for AC-kredsløbsanalyse med fokus på forstærkning, filtrering og kredsløbsteknisk håndtering af differentiel og common-mode interferens.
• Udarbejde kravspecifikationer for et analogt kredsløb til EKG-måling, dimensionere og simulere løsningen samt verificere designet gennem digital prototyping før fysisk implementering.
• Konstruere og teste en fysisk prototype ved printpladedesign, komponentmontage, fejlfinding og eksperimentel verifikation i overensstemmelse med specifikationer og sikkerhedskrav.
• Forklare og anvende centrale begreber i standard C, herunder scope, storage, pointers, structures, unions og modulopdeling i flere kildefiler.
• Anvende registerprogrammering på ATmega328P til konfiguration af interrupts, timere og timerstyret analog-digital-konvertering med henblik på deterministisk signalopsamling.
• Designe og implementere software på Arduino Uno R3, som modtager og eksekverer kommandoer fra et brugerinterface, udfører timerstyret og interruptbaseret digitalisering af bioelektriske signaler og sender data tilbage til brugergrænsefladen.
• Anvende kunstig intelligens som læringsredskab til at evaluere og forbedre egne kredsløbstekniske løsninger og udviklet software gennem AI-baseret peer review.

Conceive

Needfinding og problemforståelse inden for bioelektrisk måling.
Kardiologisk elektrofysiologi, hjertevektor og differentialleads.
Elektroder, halv-celle-potentialer, elektrisk interferens og principper for elsikkerhed.
Overordnet systemkoncept, subsystemansvar og kravspecificering, herunder definition af interfaces mellem analog hardware, indlejret firmware og brugergrænseflade.

Design

AC-kredsløbsanalyse: fasornotation, impedans, DC- og AC-koblede instrumenteringsforstærkere, passive og aktive lavpas- og højpasfiltre samt frekvenskarakteristikker.
Interfacing mellem analoge og digitale systemer: sampling, kvantiseringsstøj og aliasering.
Systemarkitektur for mikrocontrollerbaseret dataopsamling.
Design af Python-baseret brugergrænseflade, kommandosæt og kommunikationsprotokol til perifer mikrocontroller.

Implement

Printpladeudlægning: design og layout af dobbeltsidet print til analog EKG-forstærker.
C-programmering: scope, storage, pointers, structures, unions og modulopdeling i flere kildefiler.
Registerbaseret programmering af mikrocontroller (interrupts, timere, ADC).
Implementering af Python user software med realtidsplot, kommandohåndtering og seriel kommunikation.

Integrate

Integration af analog forstærkning, digitalisering og brugergrænseflade.
Kommunikation mellem brugergrænseflade og indlejret firmware via defineret kommandoprotokol.
Synkronisering af sampling, datatransport og visualisering.
Håndtering af interferens, timing og systemgrænseflader.

Verify

Eksperimentel test og verifikation af kredsløb og software i forhold til opstillede krav.
Indbyggede verifikationsværktøjer i brugergrænseflade (testmodi, signalgenerering, datainspektion).
Analyse af frekvenskarakteristik, støj, dynamikområde og dataintegritet.
Samlet systemverifikation af måling, lagring, visning og analyse af EKG-signaler. J.D. Irwin, R.M. Nelms, Engineering Circuit Analysis. International Adaptation. Wiley. Kapitel 6, 7, 11.
P. Dey, M. Ghosh, Programming in C, 2. udgave. E-bog, DTU Bibliotek. Kapitel 7 - 11.
N. Dunbar, Arduino Interrupts, Apress. E-bog, DTU Bibliotek. Kapitel 1, 2, 3, 4, 6, 7, 9.
P. Dalmaris, KiCad Like A Pro – Fundamentals and Projects. Elektor. (E-book, not at DTU library). Dette kursus udgør fagprojekt for bacheloruddannelsen Medicin og Teknologi. Studerende skal medbringe og bruge deres eget Arduino udviklingskit. Det anbefales stærkt at tage dette kursus parallelt med 22050 Signaler og lineære systemer i kontinuert tid. 22050 formidler meget teori som understøtter kursusarbejdet i dette kursus. AI indgår som læringsredskab i kurset, men benyttes ikke ved eksamen. 04. maj, 2026