电子听诊器完整设计编辑版.doc

《电子听诊器完整设计编辑版.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子听诊器完整设计编辑版.doc（15页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、河南工程学院 课程设计电子听诊器的设计与制作电子听诊器的设计与制作学生姓名： 吴倩文（201310711250） 学 院： 电气信息工程学院 专业班级： 电子科学与技术 1342 专业课程： 自动检测课程设计 指导教师： 张秋慧 201 6 年 6 月 3 日课程设计成绩评定标准及成绩课程设计成绩评定标准及成绩序号评审项目指 标满分评分1工作态度遵守纪律，学习认真；作风严谨，踏实肯 干。 5 分2工作量按期圆满完成规定的任务，难易程度和工 作量符合要求。 20 分全勤： 得 10 分有迟到、早退、请假现象： 得 8 分旷课 1 天： 得 5 分旷课 2 天： 得 2 分3出勤情况旷课超过 2

2、天： 得 0 分10 分4设计、实验 方案能灵活运用相关专业知识，有较强的创新 意识，有独特见解，设计有一定应用价值。30 分5实验技能动手能力强，能独立完成安装、调试等实 际操作，能解决设计及实验过程中出现的 问题。10 分6小组表现注重团队合作，在小组中表现突出，对设 计方案的制定及选取起主要作用，在实验 操作过程中，承担主要执行者。5 分7设计报告质 量报告结构严谨合理；文理通顺，技术用语 准确，符合规范；图表完备、正确，绘图 准确、符合国家标准；。20 分合 计评语：等等 级：级： （优秀、良好、中等、及格、不及格）（优秀、良好、中等、及格、不及格）评阅人：评阅人： 职称：职称： 日日

3、 期：期： 年年 月月 日日目目 录录1 .引言.4 1.1 课题目的与意义.4 1.2 电子听诊器基本原理.4 1.3 本设计的主要工作.4 2 .设计方案.5 2.1 方案一：.5 2.2 方案二：.5 3. 硬件设计.5 3.1 前置放大电路.5 3.2 滤波电路.6 3.3 主要元器件的介绍.7 3.3.1 STC89C51 的引脚图和功能.7 3.3.2 LM358N 引脚图及特点.8 3.3.3 LM393P 引脚及功能.8 3.3.4 原器件清单：.9 4. 软件设计.9 4.1 单片机程序设计.9 5.调试运行及结果.11 5.1 调试结果与分析：.11 5.2 仿真原理图：.

4、11 5.3 信号调理电路.11 6.总结.12 6.1 设计所做的工作.12 6.2 不足与待改进之处.12 6.3 设计心得体会.121 .引言引言心音、呼吸音信号是重要的临床医学信号,是进行心脏疾病、呼吸系统疾病判别的重要依据,是医生进行病因、病灶分析的重要信息。现如今,在心脏疾病和呼吸系统疾病诊断中,听诊仍旧是医生进行检查的主要手段,并且,听诊具有体外检查无创伤、便捷、经济等优点,是广为应用且不可替代。传统的医用听诊器无放大作用，声音较微弱，受环境噪声的影响较大，电子听诊器采用多级低噪声放大器，其放大倍数适当，频响效果好，背景噪声小，有 LED 显示功能。1.1 课题目的与意义课题目的

5、与意义通过课程设计，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。本次课程设计的电子听诊器包括放大电路、滤波电路、电压比较器电路，还包括输出端的音频放大器，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。1.2 电子听诊器基本原理电子听诊器基本原理听诊器前端是一个面积较大的膜腔，体内声波鼓动膜腔后，听诊器内的密闭气体随之震动，而塞入耳朵的一端，由于腔道细窄，气体震动幅度就比前端大很多，由此放大了患者体内

6、的声波震动。电子听诊器是利用电子技术放大身体的声音，克服了声学听诊器噪音高的 bug。电子听诊器需要转换的声的声波的电信号，然后被放大和处理，以获得最佳聆听。与声学听诊器相比，它们都是基于相同的物理原理。电子听诊器也可与计算机辅助听诊计划的分析所记录的心的声音病理或无辜的心脏杂音。拾音器的主要作用就是采集听诊音，功能相当于“麦克风”；放大及滤波装置则是“音箱”，把听诊音放大；处理芯片则用于降低杂音的干扰，保证获得理想的声音数据；通过 A/D 转换将模拟信号转换成数字信号，经液晶显示屏显示。1.31.3 本设计的主要工作本设计的主要工作该电子听诊器电路由拾音传感器、前置放大器、低通滤波放大器、控

7、制电路和 LED 显示电路等组成，将微弱的心音信号通过拾音传感器之后，经放大电路将其放大，然后通过滤波电路将干扰信号滤除，相应的编程下载到单片机中，把调理电路的模拟输出信号用 A/D 转换器变成数字量后，再由单片机送到液晶显示屏显示，除此之外，可以通过按键进行有要求的切换想要的信号。2 2 . .设计方案设计方案2.12.1 方案一方案一原理参考框图如图 1 所示：图 1 电子听诊器的总结构框图这个题目可以通过单片机实现，将各部分电路接在单片机上，通过编程实现，本次课程设计时通过方案一来进行实现的。2.22.2 方案二方案二图 2 电子听诊器的结构框图3.3. 硬件设计硬件设计3.13.1 前

8、置放大电路前置放大电路采用三极管运放结构组成前置放大电路，该放大器的带宽为扬声器功率放大器显示器译码器计数器比较器滤波器放大电路拾音头 MIC0.5HZ2.258HZ，该放大电路具有高输入阻抗，高共模抑制比，从而减少干扰等。该放大器的增益为：A=(R8+R9)*R6/(R9*R4)*（1+2*R2/R3） 3.23.2 滤波电路滤波电路该滤波电路的设计，与方案设计中的介绍一样。本课程设计采用通频带为 15.9Hz1592.4Hz 的级联型一阶带通滤波电路。全频道包括的振动频率范围较 广，低频道适用于听诊低频杂音。所以我们可以根据不同的通频带计算出相应 的器件参数，可以通过编程可按键来进行控制。

9、图 3 滤波电路图 4 滤波电路仿真图3.33.3 主要元器件的介绍主要元器件的介绍3.3.13.3.1 STC89C51STC89C51 的引脚图和功能的引脚图和功能 89C51 单片机采用 40 只引脚的双列直插封装 DIP 方式，目前大多数为此类封装方式，89C51 除采用方形封装方式，为 44 只引脚。89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。STC 系列单片机是美国 STC 公司最新推出的一种新型 51 内核的单片机。片内含有 Flash 程序存储器、SRAM、UART、SPI、AD、PWM 等模块。该器件的基本功

10、能与普通的 51 单片机完全兼容。其主要功能、性能参数:(1)内置标准 51 内核，机器周期：增强型为 6 时钟，普通型为 12 时钟; (2)工作频率范围：040MHZ，相当于普通 8051 的 080MHZ; (3)STC89C5xRC 对应 Flash 空间：4KB8KB15KB; (4)内部存储器（RAM)：512B; (5)定时器计数器：3 个 16 位；(6)通用异步通信口（UART）1 个；(7)中断源:8 个；(8)有 ISP(在系统可编程）IAP(在应用可编程),无需专用编程器仿真器；(9)通用 IO 口：3236 个； (10)工作电压：3.85.5V；图 5 89C51

11、实物图 图 6 89C51 引脚图 3.3.2 LM358N 引脚图及特点引脚图及特点LM358N 里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。LM358N 的特点:（1）内部频率补偿 （2）低输入偏流 （3）低输入失调电压和失调电流（4）共模输入电压范围宽，包括接地 （5）差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 (6)直流电压增益高(约 100dB) (7)单位增益频带宽(约 1MHz) (8)电源电压范围宽：单电源(330V)； (9)双电源(

12、1.5 一15V) (10)低功耗电流，适合于电池供电 (11)输出电压摆幅大(0 至 Vcc-1.5V) 图 7 LM358N 引脚图3.3.33.3.3 LM393PLM393P 引脚及功能引脚及功能LM393P 是双电压比较器集成电路,其内部采用双列直插 8 脚塑料封装（DIP8）和微形的双列 8 脚塑料封装（SOP8） 。 输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上，不受 Vcc 端电压值的限制.此输出能作为一个简单的对地 SPS 开路(当不用负载电阻没被运用)，输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的 值所限制.当达到极限电流(16mA)时，输出晶体管将退出而且输出电压

13、将很快上升。图 8 LM393 引脚图3.3.4 原器件清单：原器件清单：STC89C51RC 1 个 LM358N 1 个 LCD1602 1 个 LM393P 1 个 蜂鸣器 1 个 传声器 1 个4*2 底座 3 个 按键 1 个10K 可调电阻 3 个定值电阻若干定值电容若干4.4. 软件设计软件设计4.14.1 单片机程序设计单片机程序设计基于 51 单片机的设计，将其对信号转换的编程下载到单片机中。其系统流程图如下图所示：图 9 程序流程图5.调试运行及结果调试运行及结果5.15.1 调试结果与分析：调试结果与分析：经传感器收集信号，经过放大电路和滤波电路，得到有用的信号，并且经过

14、单片机编 程控制，然后通过按键可以进行心音、肺音的切换，当被检测的心音不在所设定的正常频 率范围内时，蜂鸣器就会响起，发出警报，这时显示频上会出现跳动次数，无论测得的心 音是否正常，显示频上都会显示出结果。焊接完整电路后，经调试发现结果运行正常，蜂 鸣器声音正常，显示器显示正常。5.25.2 仿真原理图：仿真原理图：图 10 仿真原理图5.35.3 信号调理电路信号调理电路信号调理电路主要是由音频信号采集、前置放大电路、高低通滤波电路组成，音频信号采集是通过拾音传感器 MIC，人的通心音信号一般只有几十毫伏，本设计的把采样信号通过前置放大电路，把心音放大 30 倍，放大倍数 A=1+Rf/R1

15、,本次前置放大中 Rf 和 R1 的取值为 6k 和 200；滤波电路分为高通滤波电路和低通滤波电路，由于心音的频带在 20Hz-1000Hz，由 =2f,=1/RC,可得 f=1/2RC。由此可得高通滤波中R1=R2=1.6K,C1=C2=0.1u;由于实际实验中出现误差，故本次设计的低通为R1=R2=1.2K,C1=C2=0.1u。经过滤波处理之后的信号，是一个带宽在 15.9Hz1592.4Hz 之间的信号，它代表了心率信号的频率范围。波形整理电路的意义在于，将模拟信号量转换成可供单片机识别的边沿信号，以供程序进行计数分析。滤波之后的信号由电压比较器的反向输入端输入给电压比较器，而电压比

16、较器的同向输入端经由分压电路，提供给电路一个基准电压，根据关系式：VCCVVVVVO判断比较器比较输出值。6.6.总结总结6.16.1 设计所做的工作设计所做的工作在本次课程设计中，我们是四个人分为一组，按照流程来，每个人都有了相应的分工，在各自独立完成自己的那份工作的同时，会认真学习和记录课程中其他部分的进度与设计。我主要负责的是滤波电路那一部分，虽然最终的实际结果与理论上存在了一定的误差，但是通过反复的计算与调试，对电阻的阻值和电容的大小做出了相应的改变，误差在可观范围内。除此之外，我还进行了部分焊接。6.26.2 不足与待改进之处不足与待改进之处在进行仿真过程中，由于对各个电阻，电容等的

17、大小没有准确的把握，导致进行调试时出现各种问题；在 A/D 转换的过程中出现信号失真，上半波波形不完整，经发现失真的原因是工作电压范围较小，当超出最大电压或低于最小电压时，便会出现失真；焊接电路板的外观不太美观，出现焊锡溢出的现象，从而出现信号噪声较大，这就需要我们进行对焊接熟练的掌握；6.36.3 设计心得体会设计心得体会通过本次课程设计，在不断收集资料的过程中，让我对本专业有了更进一步的认识，同时发现自己一点一点地在进步，我们以小组的形式认真负责地完成自己负责的那份工作，我对滤波电路的分类、原理、应用等都有了更加明确的了解，除此之外，在我们小组成员的帮助下，我对各级放大电路及单片机的编程等都有了比之前更好的掌握，同时让我们深刻了解到了团结的重要性，在齐心协力的情况下我们互相帮助，在老师的耐心指导下我们及时改正，所以本次实训进展的很顺利，焊接的实物也能很好的工作，激发了我的学习兴趣，提高了我的动手实践能力。实物图如下所示：图 11 实物图参考文献参考文献1 杨洋.蓝牙电子听诊器设计D. 华东师范大学.2011.2 清华大学电子学教研室.模拟电子技术基础.第一版.北京：高等教育出版社.1985:365-367.3戴文强.新型心电信号放大器处理器的设计.电子技术 .1992 .19（4）：7