电子听诊器课程设计课设设计课程电子听诊器课程设计听诊器

电子听诊器课程设计课设设计课程电子听诊器课程设计听诊器 《生物医学工程》课程设计报告 题目: 电子听诊器设计 班 级: 生物医学工程08级 学 号: 姓 名: 指导老师: 日 期: 2011年5月 设计要求 一 、设计目的 通过课程设计，了解听诊器的基本原理，熟练掌握传感器信号采集和电子电路的基本设计方法，将理论联系到实践中去，提高综合运用专业知识的能力。 二 、设计任务和要求 任务:设计一个电子听诊器 要求:利用全指向性驻极体电容传声器(Omnidirectional Electret Condenser Microphone)作为拾音传感器，实现心脏跳动音的监听，并利用单片机将信号采集并通过RS232 口传送至PC机，以图形方式显示信号采集结果。 目 录 摘 要 ........................................................... I Abstract ......................................................... I 1.引言 .......................................................... II 1.1 听诊器的发展简介 ........................................ II 1.2 电子听诊器基本原理 ...................................... II 1.3 驻极体电容传声器原理 ................................... III 2.设计 ........................................................... V 2.1硬件电路设计 .............................................. V 2.2 软件设计 .............................................. VIII 3. 调试运行及结果 ................................................ 1 3.1硬件原型 .................................................. 1 3.2调试结果 .................................................. 2 3.3上位机界面及运行结果 ...................................... 3 4.总结 ........................................................... 4 4.1 设计所做的工作 ........................................... 4 4.2 不足与待改进之处 ......................................... 4 4.3 设计心得体会 ............................................. 4 致谢 ............................................................. 5 参考文献 ......................................................... 5 摘 要 老的的听诊器听诊心音，虽然方法简单，但往往难以捕捉到人体内部脏器发出 的一些微弱但却非 常重要的生物声，致使医生无法及时做出诊断，且诊断的依据 主要根据医师的经验，准确性较差。从另一角 度讲，人耳对声音的敏感是声强与 频率的综合效应，因而一些病理特征难以捕捉。这就需要设计出一种新颖 的电子 昕诊器对听诊音进行定量、准确的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 。目前国内与国外电子听诊器产品在价格、 功能上的差异较 大，国内产品较国外而言还存在较大差距，自行开发和研制功能 强大，性能优良，价格低廉的新型电子听诊器意义重大。电子听诊器心电信号通过 拾音器采集，信号通过放大电路、低高通滤波电路、音频放大器后听到放大后的心 音信号。此设备具有良好的分析波形能力，能够将设置好的频率段以外的声音频率 滤除，故可以清晰的得到放大以后的心音信号，这样有助于医务人员提高初诊的准 确度，也为进一步诊断做好了基础。 Abstract The old stethoscope auscultation heart sounds, although the method is simple, it is often hard to capture the internal organs of the human body out some small but but not often important biological sound, the doctors can't make timely diagnosis, and the diagnosis of the experience, according to the physicians with poor accuracy. Other corner degrees from ear to the voice speaking, the sensitive sound intensity and frequency is the comprehensive effect, thus some pathologic characteristics difficult to capture. The need to design a kind of new electronic diagnosis of yu xin is quantitatively, sound auscultate the accurate analysis. The current domestic and foreign electronic products on the price, function stethoscope differences in a big, the domestic product is still has a large gap in foreign countries, to develop and research powerful, high performance, low prices of new electronic stethoscope is of great significance. Electronic stethoscope ecg signals through the pick-upacquisition, signal through the amplifier circuit, low high-pass filter circuit, audio amplifier amplification of marching after heard signal. This equipment is good analysis waveform ability, can set up good outside voice frequency shows, so can filter out clear get magnified the heart sounds signal, and later to improve the accuracy of both the medical staff, but also for further diagnosis ready basis. I 1.引言 1.1 听诊器的发展简介 19世纪雷内克医生雷内克医生，用一根空心木管，长30cm，口径0.5cm，为了便于携带，从中剖分为两段，有螺纹可以旋转连接，这就是第一个听诊器，它与现在产科用来听胎儿心音的单耳式木制听诊器很相似。因为这种听诊器样子像笛子，所以被称为“医生的笛子”。雷奈克由此发明了木质听诊用具，是一种中空的直管。雷奈克将之命名为听诊器。后来，雷内克医生又做了许多实验，最后确定，用喇叭形的象牙管接上橡皮管做成单耳听诊器，效果更好。单耳听诊器诞生的年代是1814年。由于听诊器的发明，使得雷内克能诊断出许多不同的胸腔疾病，他也被后人尊为“胸腔医学之父”。 1840年，英国医师乔治?菲力普?卡门改良了雷内克设计的单耳听诊器。卡门认为，双耳能更正确地诊断。他发明的听诊器是将两个耳栓用两条可弯曲的橡皮管连接到可与身体接触的听筒上，听诊器是一个中空镜状的圆椎。卡门的听诊器，有助于医师听诊静脉、动脉、心、肺、肠内部的声音，甚至可以听到母体内胎儿的心音。 1937年，凯尔再次改良卡门的听诊器，增加了第二个可与身体接触的听筒，可产生立体音响的效果，称为复式听诊器，它能更准确地找出病人的病灶所在。可惜凯尔的改良品未被广泛采用。近来又有电子听诊器问世，它能放大声音，并能使一组医师同时听到被诊断者体内的声音，还能记录心脏杂音，与正常的心音比较接近。虽然新型听诊器不断问世，但是医师们普遍爱用的仍然是由雷内克设计，经卡门改良的旧型听诊器。 1.2 电子听诊器基本原理 电子听诊器的原理如图所示，该电子听诊器由拾音头MIC、放大电路、低高通滤波器、功率放大器组成。由于拾音头MIC所接收到的频率信号是很微弱且是宽带的，我们需要把它放大并要求滤除对听诊无用的杂波。因此我们需要做高精度的放大、滤波电路。滤波电路的频带在40Hz-1000Hz，信号经过处理后一方面要求送入主控模块进行A,D转换，并利用单片机将信号采集并通过RS232 口传送至PC机，以图形方式显示信号采集结果;另一方面，要求滤波器输出的信号经功率放大器后供多人监听。 信号采集 电压放大器 音频放大 低高通滤波 器 电子听诊器原理示意图 信号采集单元利用拾音头EM-4FN将声音信号转变为可供后级单元处理的电 II 压信号。将该电压信号进行放大，再送入低、高通滤波器，以滤除低频和高频噪声信号。滤波器的输出信号即可输入计算机进行频谱分析。由于患者体内病变的器官或组织会产生异常的声音信号，这些声音信号的频率与特定的谱线相对应，因此，将频谱分析的结果实时地显示出来，通过对这些谱线的分析能获得更准确和有价值的诊断结果。所获取的声音信号和频谱分析结果也可以保存在计算机里，这既可作为诊断的依据，也可用来判断治疗的效果。电子听诊器的电路设计结构 框图见图1.2.2: 拾音器 前置放大 低高通滤波 音频放大 扬声器 放大1倍 放大20倍 自身增益20倍 AD转换 抬压电路 单片机控 LED 制 RS232 PC • 1.2.2图系统总体框图 • FigThe framework of system 1.3 驻极体电容传声器原理 Q=CU U=Q/C Q恒定 所以C变化 U变化 III Vcc:电源电压 UDS加在话筒两端的最小电压，必须大于话筒的工作电压，小于最大工作电压。U 太小时将影响话筒的动态范围。一般应取电源电压的1/2较为合适。常用的UDS为1.5V、3V 、4.5V。 IDS为话筒的工作电流，可依不同型号的话筒而定，通常0.1~1mA。 EM-4FN的Imax=0.5mA IV 2.设计 2.1硬件电路设计 2.1.1 信号调理电路 原理图 PCB图: V 放大器LF444: 功率放大器LM386: (1)前置放大 R4=20k R3=200k 放大倍数Au,R3/R4=10 (2)低通滤波 使用二阶巴特沃斯低通滤波电路，由于低通滤波器的截至频率为1000Hz，巴 特沃斯滤波器的品质因数Q=.071，设R5=R6=34K经过计算 R5,R6,34k,设 2QC3,,6800pFR,n C1C,,3300pF22 (3)高通滤波 使用二阶巴特沃斯高通滤波电路，由于高通滤波器的截至频率为40Hz，巴特 沃斯滤波器的品质因数Q=.071，设C4=C5=0.47uF经过计算 C4,C5,0.47uF取 ,Qf()A根据所要求的、、nuf 1R,,6K可得1,2QCn 2QR,,12K2,Cn R21n,,4QR2 主要原件: 元件名称 规格 数量 放大器 LF444 一片 功率放大器 LM386 一片 电容 0.47uF 三个 电容 6800pF 一个 电容 3300pF 一个 VI 电阻 100K 一个 电阻 2K 一个 电阻 10K 一个 电阻 200K 一个 电阻 30K 两个 电阻 4K 两个 电阻 12K 一个 电阻 6K 一个 2.1.2 音频和驱动电路 PCB图: 主要元件: 元件名称 规格 数量 功率放大器 LM386 一片 电容 0.047uF 一个 电容 100uF 一个 电阻 10K 一个 2.1.3 数字信号采集电路 VII PCB图: 主要元器件: 元件名称 规格 数量 单片机 98C52 一片 A/D转换 Max1247 一片 Max232 一片 电容 47pF 两个 电容 1uF 两个 电容 0.1uF 一个 晶振 一个 2.2 软件设计 2.2.1 单片机程序设计 #include #include #define CH0 0x9e //绝对地址访问 函 关于工期滞后的函关于工程严重滞后的函关于工程进度滞后的回复函关于征求同志党风廉政意见的函关于征求廉洁自律情况的复函 数 sbit SCLK=P1^0; #include //51基sbit CS=P1^1; 本运算(包括_nop_空函数) sbit DIN=P1^2; #define uchar unsigned char sbit DOUT=P1^3; #define uint unsigned int void adc1247(); VIII void T_C_init (void); SCLK=1; void UART_init (void); // _nop_(); void UART_T (unsigned char SCLK=0; UART_data); // _nop_(); /*MAX1247的A/D转换，其中P1_1为 DIN=1; 片选端，P1_0为时钟输入端，P1_2为 // _nop_(); 数据输入端，P1_3为数据输出*/ SCLK=1; //注意:这里用的是5V供电 // _nop_(); void adc1247() SCLK=0; { uint i; // _nop_(); uchar adcadres; DIN=1; uint strdata=0; // _nop_(); uchar timple; SCLK=1; CS=0; // _nop_(); SCLK=0; SCLK=0; // _nop_(); // _nop_(); //送控制命令字节:选择内时钟 DIN=0; 模式，通道0，单极性转换 // _nop_(); SCLK=1; DIN=1; //选择CH0通 // _nop_(); 道，写入控制字0x9e SCLK=0; // _nop_(); // _nop_(); SCLK=1; CS=1; // _nop_(); //_nop_; //空操作，延时 SCLK=0; CS=0; // _nop_(); DIN=0;// SCLK=1; // _nop_(); for(i=0;i<8;i++) SCLK=1; { //SSTRB=0; // _nop_(); strdata=strdata<<1; SCLK=0; // SSTRB=1; // _nop_(); SCLK=0; DIN=0;// SCLK=1; // _nop_(); if(DOUT) strdata=strdata+1; SCLK=1; //读出8位串行数据 // _nop_(); } SCLK=0; //_nop_; // _nop_(); SCLK=0; DIN=1;// SCLK=1; // _nop_(); timple=strdata; SCLK=1; UART_T(timple); // _nop_(); SCLK=0; CS=1; // _nop_(); DIN=1; } // _nop_(); 1 void T_C_init (void){ 值 //TMOD = 0x22; //高4位控制T/C1 TCLK=1; [ GATE，C/T，M1，M0，GATE，C/T， RCLK=1; M1，M0 ] C_T2=0; EA = 1; //中断总开关 EXEN2=0; //波特率发生器工作 TMOD = 0x22; TR2=1 ; //定时器2开始 TH0 = 0xff; //16位计数寄存器T1 } 高8位(写入初值) void UART_T (unsigned char TL0 = 0xff; //16位计数寄存器T1低UART_data) 8位 { //定义串口发送数据变量 ET0 = 1; //T/C1中断开关 SBUF = UART_data; //将接收的 TR0 = 1; //T/C1启动开关 数据发送回去 while(TI == 0); //检查发送中 //TH0 = 0x3C; //16位计数寄存器T0断标志位 高8位 TI = 0; //令发送中断标志 //TL0 = 0xB0; //16位计数寄存器T0位为0(软件清零) 低8位(0x3CB0 = 50mS延时) } //ET0 = 1; //T/C0中断开关 main() //TR0 = 1; //T/C0启动开关 { } void UART_init (void) //T_C_init (); { UART_init(); EA = 1; //允许总中断(如不使用中 while(1) 断，可用//屏蔽) { ES = 1; //允许UART串口的中断 //SBUF =0x12; //将接收的数据发 送回去 //TMOD = 0x20; //定时器T/C1工作 // while(TI==0); //检查发送中方式2 断标志位 SCON = 0x50; //串口工作方式1， // TI= 0; 8位UART，波特率可变 adc1247(); TH2=0xFF; //P2=~P2; TL2=0xfd; //波特 125000 晶 } 振=12MHz RCAP2H=0xFF; } RCAP2L=0xfd; //16位自动再装入 2 2.2.2 上位机程序设计 开始 发送命令 是否有数据, N Y 保存到数据库 没有数据 返回 3. 调试运行及结果 3.1硬件原型 1 3.2调试结果 3.2.1 信号放大电路 结果曲线图 3.2.2 滤波电路 低通滤波 高通滤波 2 电路仿真频带39.7Hz-1018Hz，硬件调试电路的频带46Hz-960Hz误差不是 很大，就没有在改变电容和电阻的大小。 3.2.2 音频放大电路 3.3上位机界面及运行结果 3 4.总结 4.1 设计所做的工作 设计前查找资料，电路图的设计，放大器的原理，巴特沃斯滤波器的原理，音频放大器的原理。 硬件设计:前置放大，低通滤波、高通滤波、音频放大、单片机部分。 电路的调试。 4.2 不足与待改进之处 高低通滤波电路的通带有误差，实际作出的听诊器噪声比较大，听诊器的声音不清晰等。单片机编程几乎不懂，还有待提高。 4.3 设计心得体会 时间过得真快三周的课程设计就已经结束了，期间遇到很多困难，刚刚接触这个的时候发现自己很多都不懂，于是就去找资料，慢慢才懂得放大器和滤波器的原理，设计好了电路图之后，电路图在电子仿真软件下经过一段时间的修改，达到了预期的效果，但是进行硬件电路焊接的时候遇到了很多问题，在焊接过程中因多次重焊导致心里烦躁而出现了很多错误，二极管极性插错，导致电路不通，电容的两极焊反导致电容烧毁，这都是自己事先没有策划好造成的。让我懂得了电子制作是个精细的活，急是做不好的。线路连接一定要清晰，不然出错后就很难找到是哪个地方。也要在熟练的基础上让作品更加完美，在做音频放大电路的时负载电路过大， 4 发热量过高，前置放大器引脚接错导致放大后的波形失真等问题。 经过三个星期的课程设计，让我们把学到的东西用到事件中去，实践才是真理～尽管现在只是初步学会了电子听诊器设计，离真正掌握还有一定距离，但学习的这段日子确实令我收益匪浅，让我又多掌握了一门新的技术，收获总是令人快乐。在以后的学习中我会更多的注重实践，让自己的知识更加丰富。 致谢 感谢学校给了我们这次课程设计的机会，同时也感谢老师们给我们的指导，在设计的过程中遇到了很多问题，是老师给我们解疑答惑，有些时候一个小小的错误，经过老师的指引，总能迎刃而解，没有老师的帮助我们的课程设计是无法完成的。 参考文献 [1] 武丽;李 翔 ;新型多功能电子听诊器的结构及工作原理(J) 西南科技大学学报 2003， 1:18 [2] 周学军;董军堂;雷文礼;崔成瑞;微波低通滤波器的分析与设计(J)通信技术2010， 3 [3] 江晓安;杨有瑾;钱建秋;计算机电子技术(模拟部分)西安电子科技大学出版社 [4] 杨慧;李龙;12位AD转换器MAX1246P MAX1247的原理及应用(J) 甘肃教育 学院学报(自然科学版) 1999，3:3，13 [5] 张平;关于音频放大器的运用 安阳大学学报(J)2002，02 [6] 沈雷鸣;电子听诊器的设计与制作(J) 护理学杂志 2005 4 :第 20 卷第8 期(外 科版) [7] 骆 懿;吴 颖;便携式蓝牙电子听诊器的研究(J)杭州电子科大学学报 2010年 08月第 30卷第 4期 [8] 胡玉良;董冠军;基于51单片机的上位机软件设计(J)山西冶金 2009年第1期 5