電子聽診器完整版

河南工程學院課程設計電子聽診器的設計與制作學生姓名：吳倩文（1250）學院：電氣信息工程學院專業(yè)班級：電子科學與技術1342專業(yè)課程：自動檢測課程設計指導教師：張秋慧2016年6月3日課程設計成績評定標準及成績序號評審項目指標滿分評分1工作態(tài)度遵守紀律，學習認真；作風嚴謹，踏實肯干。5分2工作量按期圓滿完成規(guī)定的任務，難易程度和工作量符合要求。20分3出勤情況全勤：得10分10分有遲到、早退、請假現(xiàn)象：得8分曠課1天：得5分曠課2天：得2分曠課超過2天：得0分4設計、實驗方案能靈活運用相關專業(yè)知識，有較強的創(chuàng)新意識，有獨特見解，設計有一定應用價值。30分5實驗技能動手能力強，能獨立完成安裝、調試等實際操作，能解決設計及實驗過程中出現(xiàn)的問題。10分6小組表現(xiàn)注重團隊合作，在小組中表現(xiàn)突出，對設計方案的制定及選取起主要作用，在實驗操作過程中，承擔主要執(zhí)行者。5分7設計報告質量報告結構嚴謹合理；文理通順，技術用語準確，符合規(guī)范；圖表完備、正確，繪圖準確、符合國家標準；。20分合計評語：等級：（優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）評閱人：職稱：日期：年月日

目錄1.引言心音、呼吸音信號是重要的臨床醫(yī)學信號,是進行心臟疾病、呼吸系統(tǒng)疾病判別的重要依據(jù),是醫(yī)生進行病因、病灶分析的重要信息。現(xiàn)如今,在心臟疾病和呼吸系統(tǒng)疾病診斷中,聽診仍舊是醫(yī)生進行檢查的主要手段,并且,聽診具有體外檢查無創(chuàng)傷、便捷、經濟等優(yōu)點,是廣為應用且不可替代。傳統(tǒng)的醫(yī)用聽診器無放大作用，聲音較微弱，受環(huán)境噪聲的影響較大，電子聽診器采用多級低噪聲放大器，其放大倍數(shù)適當，頻響效果好，背景噪聲小，有LED顯示功能。課題目的與意義通過課程設計，了解聽診器的基本原理，熟練掌握傳感器信號采集和電子電路的基本設計方法，將理論聯(lián)系到實踐中去，提高綜合運用專業(yè)知識的能力。本次課程設計的電子聽診器包括放大電路、濾波電路、電壓比較器電路，還包括輸出端的音頻放大器，此設備具有良好的分析波形能力，能夠將設置好的頻率段以外的聲音頻率濾除，故可以清晰的得到放大以后的心音信號，這樣有助于醫(yī)務人員提高初診的準確度，也為進一步診斷做好了基礎。電子聽診器基本原理聽診器前端是一個面積較大的膜腔，體內聲波鼓動膜腔后，聽診器內的密閉氣體隨之震動，而塞入耳朵的一端，由于腔道細窄，氣體震動幅度就比前端大很多，由此放大了患者體內的聲波震動。電子聽診器是利用電子技術放大身體的聲音，克服了聲學聽診器噪音高的bug。電子聽診器需要轉換的聲的聲波的電信號，然后被放大和處理，以獲得最佳聆聽。與聲學聽診器相比，它們都是基于相同的物理原理。電子聽診器也可與計算機輔助聽診計劃的分析所記錄的心的聲音病理或無辜的心臟雜音。拾音器的主要作用就是采集聽診音，功能相當于“麥克風”；放大及濾波裝置則是“音箱”，把聽診音放大；處理芯片則用于降低雜音的干擾，保證獲得理想的聲音數(shù)據(jù)；通過A/D轉換將模擬信號轉換成數(shù)字信號，經液晶顯示屏顯示。本設計的主要工作該電子聽診器電路由拾音傳感器、前置放大器、低通濾波放大器、控制電路和LED顯示電路等組成，將微弱的心音信號通過拾音傳感器之后，經放大電路將其放大，然后通過濾波電路將干擾信號濾除，相應的編程下載到單片機中，把調理電路的模擬輸出信號用A/D轉換器變成數(shù)字量后，再由單片機送到液晶顯示屏顯示，除此之外，可以通過按鍵進行有要求的切換想要的信號。2.設計方案方案一原理參考框圖如圖1所示：圖1電子聽診器的總結構框圖這個題目可以通過單片機實現(xiàn)，將各部分電路接在單片機上，通過編程實現(xiàn)，本次課程設計時通過方案一來進行實現(xiàn)的。方案二功率放大器濾波器拾音頭MIC放大電路功率放大器濾波器拾音頭MIC放大電路比較器比較器揚聲器顯示器譯碼器計數(shù)器揚聲器顯示器譯碼器計數(shù)器圖2電子聽診器的結構框圖3.硬件設計前置放大電路采用三極管運放結構組成前置放大電路，該放大器的帶寬為~，該放大電路具有高輸入阻抗，高共模抑制比，從而減少干擾等。該放大器的增益為：A=[(R8+R9)*R6]/(R9*R4)*（1+2*R2/R3）濾波電路該濾波電路的設計，與方案設計中的介紹一樣。本課程設計采用通頻帶為~的級聯(lián)型一階帶通濾波電路。全頻道包括的振動頻率范圍較廣，低頻道適用于聽診低頻雜音。所以我們可以根據(jù)不同的通頻帶計算出相應的器件參數(shù)，可以通過編程可按鍵來進行控制。圖3濾波電路圖4濾波電路仿真圖主要元器件的介紹STC89C51的引腳圖和功能89C51單片機采用40只引腳的雙列直插封裝DIP方式，目前大多數(shù)為此類封裝方式，89C51除采用方形封裝方式，為44只引腳。89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。STC系列單片機是美國STC公司最新推出的一種新型51內核的單片機。片內含有Flash程序存儲器、SRAM、UART、SPI、A\D、PWM等模塊。該器件的基本功能與普通的51單片機完全兼容。其主要功能、性能參數(shù):(1)內置標準51內核，機器周期：增強型為6時鐘，普通型為12時鐘;(2)工作頻率范圍：0~40MHZ，相當于普通8051的0~80MHZ;(3)STC89C5xRC對應Flash空間：4KB\8KB\15KB;(4)內部存儲器（RAM)：512B;(5)定時器\計數(shù)器：3個16位；(6)通用異步通信口（UART）1個；(7)中斷源:8個；(8)有ISP(在系統(tǒng)可編程）\IAP(在應用可編程),無需專用編程器\仿真器；(9)通用I\O口：32\36個；(10)工作電壓：~；圖589C51實物圖圖689C51引腳圖LM358N引腳圖及特點LM358N里面包括有兩個高增益、獨立的、內部頻率補償?shù)碾p運放，適用于電壓范圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式，它的應用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運放的地方使用。LM358N的特點:（1）內部頻率補償?（2）低輸入偏流?（3）低輸入失調電壓和失調電流（4）共模輸入電壓范圍寬，包括接地?（5）差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍????(6)直流電壓增益高(約100dB)????(7)單位增益頻帶寬(約1MHz)?(8)電源電壓范圍寬：單電源(3—30V)；??(9)雙電源(±?一±15V)?(10)低功耗電流，適合于電池供電?(11)輸出電壓擺幅大(0?至?圖7LM358N引腳圖LM393P引腳及功能LM393P是雙電壓比較器集成電路,其內部采用雙列直插8腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列8腳塑料封裝（SOP8）。輸出負載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內的任何電源電壓上，不受Vcc端電壓值的限制.此輸出能作為一個簡單的對地SPS開路(當不用負載電阻沒被運用)，輸出部分的陷電流被可能得到的驅動和器件的β值所限制.當達到極限電流(16mA)時，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。圖8LM393引腳圖原器件清單：STC89C51RC1個LM358N1個LCD16021個LM393P1個蜂鳴器1個傳聲器1個4*2底座3個按鍵1個10K可調電阻3個定值電阻若干定值電容若干4.軟件設計單片機程序設計基于51單片機的設計，將其對信號轉換的編程下載到單片機中。其系統(tǒng)流程圖如下圖所示：圖9程序流程圖5.調試運行及結果調試結果與分析：經傳感器收集信號，經過放大電路和濾波電路，得到有用的信號，并且經過單片機編程控制，然后通過按鍵可以進行心音、肺音的切換，當被檢測的心音不在所設定的正常頻率范圍內時，蜂鳴器就會響起，發(fā)出警報，這時顯示頻上會出現(xiàn)跳動次數(shù)，無論測得的心音是否正常，顯示頻上都會顯示出結果。焊接完整電路后，經調試發(fā)現(xiàn)結果運行正常，蜂鳴器聲音正常，顯示器顯示正常。仿真原理圖：圖10仿真原理圖信號調理電路信號調理電路主要是由音頻信號采集、前置放大電路、高低通濾波電路組成，音頻信號采集是通過拾音傳感器MIC，人的通心音信號一般只有幾十毫伏，本設計的把采樣信號通過前置放大電路，把心音放大30倍，放大倍數(shù)A=1+Rf/R1,本次前置放大中Rf和R1的取值為6k和200；濾波電路分為高通濾波電路和低通濾波電路，由于心音的頻帶在20Hz-1000Hz，由ω=2πf,ω=1/RC,可得f=1/2πRC。由此可得高通濾波中R1=R2=,C1=C2=;由于實際實驗中出現(xiàn)誤差，故本次設計的低通為R1=R2=,C1=C2=。 經過濾波處理之后的信號，是一個帶寬在~之間的信號，它代表了心率信號的頻率范圍。波形整理電路的意義在于，將模擬信號量轉換成可供單片機識別的邊沿信號，以供程序進行計數(shù)分析。濾波之后的信號由電壓比較器的反向輸入端輸入給電壓比較器，而電壓比較器的同向輸入端經由分壓電路，提供給電路一個基準電壓，根據(jù)關系式：判斷比較器比較輸出值。6.總結設計所做的工作在本次課程設計中，我們是四個人分為一組，按照流程來，每個人都有了相應的分工，在各自獨立完成自己的那份工作的同時，會認真學習和記錄課程中其他部分的進度與設計。我主要負責的是濾波電路那一部分，雖然最終的實際結果與理論上存在了一定的誤差，但是通過反復的計算與調試，對電阻的阻值和電容的大小做出了相應的改變，誤差在可觀范圍內。除此之外，我還進行了部分焊接。不足與待改進之處在進行仿真過程中，由于對各個電阻，電容等的大小沒有準確的把握，導致進行調試時出現(xiàn)各種問題；在A/D轉換的過程中出現(xiàn)信號失真，上半波波形不完整，經發(fā)現(xiàn)失真的原因是工作電壓范圍較小，當超出最大電壓或低于最小電壓時，便會出現(xiàn)失真；焊接電路板的外觀不太美觀，出現(xiàn)焊錫溢出的現(xiàn)象，從而出現(xiàn)信號噪聲較大，這就需要我們進行對焊接熟練的掌握；設計心得體會通過本次課程設計，在不斷收集資料的過程中，讓我對本專業(yè)有了更進一步的認識，同時發(fā)現(xiàn)自己一點一點地在進步，我們以小組的形式認真負責地完成自己負責的那份工作，我對濾波電路的分類、原理、應用等都有了更加明確的了解，除此之外，在我們小組成員的幫助下，我對各級放大電路及單片機的編程等都有了比之前更好的掌握，同時讓我們深刻了解到了團結的重要性，在齊心協(xié)力的情況下我們互相