電子聽(tīng)診器完整版

河南工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì) 電子聽(tīng)診器的設(shè)計(jì)與制作電子聽(tīng)診器的設(shè)計(jì)與制作 學(xué)生姓名 吳倩文 201310711250 學(xué) 院 電氣信息工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電子科學(xué)與技術(shù) 1342 專(zhuān)業(yè)課程 自動(dòng)檢測(cè)課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 張秋慧 201 6 年 6 月 3 日 課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)及成績(jī)課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)及成績(jī) 序號(hào)評(píng)審項(xiàng)目指 標(biāo)滿(mǎn)分評(píng)分 1工作態(tài)度 遵守紀(jì)律 學(xué)習(xí)認(rèn)真 作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn) 踏實(shí)肯 干 5 分 2工作量 按期圓滿(mǎn)完成規(guī)定的任務(wù) 難易程度和工 作量符合要求 20 分 全勤 得 10 分 有遲到 早退 請(qǐng)假現(xiàn)象 得 8 分 曠課 1 天 得 5 分 曠課 2 天 得 2 分 3出勤情況 曠課超過(guò) 2 天 得 0 分 10 分 4 設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn) 方案 能靈活運(yùn)用相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí) 有較強(qiáng)的創(chuàng)新 意識(shí) 有獨(dú)特見(jiàn)解 設(shè)計(jì)有一定應(yīng)用價(jià)值 30 分 5實(shí)驗(yàn)技能 動(dòng)手能力強(qiáng) 能獨(dú)立完成安裝 調(diào)試等實(shí) 際操作 能解決設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的 問(wèn)題 10 分 6小組表現(xiàn) 注重團(tuán)隊(duì)合作 在小組中表現(xiàn)突出 對(duì)設(shè) 計(jì)方案的制定及選取起主要作用 在實(shí)驗(yàn) 操作過(guò)程中 承擔(dān)主要執(zhí)行者 5 分 7 設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì) 量 報(bào)告結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)合理 文理通順 技術(shù)用語(yǔ) 準(zhǔn)確 符合規(guī)范 圖表完備 正確 繪圖 準(zhǔn)確 符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 20 分 合 計(jì) 評(píng)語(yǔ) 等等 級(jí) 級(jí) 優(yōu)秀 良好 中等 及格 不及格 優(yōu)秀 良好 中等 及格 不及格 評(píng)閱人 評(píng)閱人 職稱(chēng) 職稱(chēng) 日日 期 期 年年 月月 日日 目目 錄錄 1 引言 4 1 1 課題目的與意義 4 1 2 電子聽(tīng)診器基本原理 4 1 3 本設(shè)計(jì)的主要工作 4 2 設(shè)計(jì)方案 5 2 1 方案一 5 2 2 方案二 5 3 硬件設(shè)計(jì) 5 3 1 前置放大電路 5 3 2 濾波電路 6 3 3 主要元器件的介紹 7 3 3 1 STC89C51 的引腳圖和功能 7 3 3 2 LM358N 引腳圖及特點(diǎn) 8 3 3 3 LM393P 引腳及功能 8 3 3 4 原器件清單 9 4 軟件設(shè)計(jì) 9 4 1 單片機(jī)程序設(shè)計(jì) 9 5 調(diào)試運(yùn)行及結(jié)果 11 5 1 調(diào)試結(jié)果與分析 11 5 2 仿真原理圖 11 5 3 信號(hào)調(diào)理電路 11 6 總結(jié) 12 6 1 設(shè)計(jì)所做的工作 12 6 2 不足與待改進(jìn)之處 12 6 3 設(shè)計(jì)心得體會(huì) 12 1 引言引言 心音 呼吸音信號(hào)是重要的臨床醫(yī)學(xué)信號(hào) 是進(jìn)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(jìn)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(tīng)診仍舊是醫(yī)生進(jìn)行檢查的主要手段 并且 聽(tīng)診具有體外 檢查無(wú)創(chuàng)傷 便捷 經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn) 是廣為應(yīng)用且不可替代 傳統(tǒng)的醫(yī)用聽(tīng)診器無(wú) 放大作用 聲音較微弱 受環(huán)境噪聲的影響較大 電子聽(tīng)診器采用多級(jí)低噪聲 放大器 其放大倍數(shù)適當(dāng) 頻響效果好 背景噪聲小 有 LED 顯示功能 1 1 課題目的與意義課題目的與意義 通過(guò)課程設(shè)計(jì) 了解聽(tīng)診器的基本原理 熟練掌握傳感器信號(hào)采集和電子電 路的基本設(shè)計(jì)方法 將理論聯(lián)系到實(shí)踐中去 提高綜合運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)的能力 本次課程設(shè)計(jì)的電子聽(tīng)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(shè)備具有良好的分析波形能力 能夠?qū)⒃O(shè)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(hào) 這樣有助 于醫(yī)務(wù)人員提高初診的準(zhǔn)確度 也為進(jìn)一步診斷做好了基礎(chǔ) 1 2 電子聽(tīng)診器基本原理電子聽(tīng)診器基本原理 聽(tīng)診器前端是一個(gè)面積較大的膜腔 體內(nèi)聲波鼓動(dòng)膜腔后 聽(tīng)診器內(nèi)的密閉氣體隨之震 動(dòng) 而塞入耳朵的一端 由于腔道細(xì)窄 氣體震動(dòng)幅度就比前端大很多 由此放大了患者 體內(nèi)的聲波震動(dòng) 電子聽(tīng)診器是利用電子技術(shù)放大身體的聲音 克服了聲學(xué)聽(tīng)診器噪音高 的 bug 電子聽(tīng)診器需要轉(zhuǎn)換的聲的聲波的電信號(hào) 然后被放大和處理 以獲得最佳聆聽(tīng) 與聲學(xué)聽(tīng)診器相比 它們都是基于相同的物理原理 電子聽(tīng)診器也可與計(jì)算機(jī)輔助聽(tīng)診計(jì) 劃的分析所記錄的心的聲音病理或無(wú)辜的心臟雜音 拾音器的主要作用就是采集聽(tīng)診音 功能相當(dāng)于 麥克風(fēng) 放大及濾波裝置則是 音箱 把聽(tīng)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(guò) A D 轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) 經(jīng)液晶 顯示屏顯示 1 31 3 本設(shè)計(jì)的主要工作本設(shè)計(jì)的主要工作 該電子聽(tīng)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(hào)通過(guò)拾音傳感器之后 經(jīng)放大電 路將其放大 然后通過(guò)濾波電路將干擾信號(hào)濾除 相應(yīng)的編程下載到單片機(jī)中 把調(diào)理電路的模擬輸出信號(hào)用 A D 轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量后 再由單片機(jī)送到液晶 顯示屏顯示 除此之外 可以通過(guò)按鍵進(jìn)行有要求的切換想要的信號(hào) 2 2 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案 2 12 1 方案一方案一 原理參考框圖如圖 1 所示 圖 1 電子聽(tīng)診器的總結(jié)構(gòu)框圖 這個(gè)題目可以通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn) 將各部分電路接在單片機(jī)上 通過(guò)編程實(shí)現(xiàn) 本次課程設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)方案一來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的 2 22 2 方案二方案二 圖 2 電子聽(tīng)診器的結(jié)構(gòu)框圖 3 3 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) 3 13 1 前置放大電路前置放大電路 采用三極管運(yùn)放結(jié)構(gòu)組成前置放大電路 該放大器的帶寬為 揚(yáng)聲器 功率放大器 顯示器譯碼器 計(jì)數(shù)器 比較器 濾波器放大電路拾音頭 MIC 0 5HZ 2 258HZ 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 3 23 2 濾波電路濾波電路 該濾波電路的設(shè)計(jì) 與方案設(shè)計(jì)中的介紹一樣 本課程設(shè)計(jì)采用通頻帶為 15 9Hz 1592 4Hz 的級(jí)聯(lián)型一階帶通濾波電路 全頻道包括的振動(dòng)頻率范圍較 廣 低頻道適用于聽(tīng)診低頻雜音 所以我們可以根據(jù)不同的通頻帶計(jì)算出相應(yīng) 的器件參數(shù) 可以通過(guò)編程可按鍵來(lái)進(jìn)行控制 圖 3 濾波電路 圖 4 濾波電路仿真圖 3 33 3 主要元器件的介紹主要元器件的介紹 3 3 13 3 1 STC89C51STC89C51 的引腳圖和功能的引腳圖和功能 89C51 單片機(jī)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(lèi) 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(chǔ)器的低電壓 高性能 CMOS8 位微處理器 俗稱(chēng)單片 機(jī) STC 系列單片機(jī)是美國(guó) STC 公司最新推出的一種新型 51 內(nèi)核的單片機(jī) 片 內(nèi)含有 Flash 程序存儲(chǔ)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(jī)完全兼容 其主要功能 性能參數(shù) 1 內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn) 51 內(nèi)核 機(jī)器周期 增強(qiáng)型為 6 時(shí)鐘 普通型為 12 時(shí)鐘 2 工作頻率范圍 0 40MHZ 相當(dāng)于普通 8051 的 0 80MHZ 3 STC89C5xRC 對(duì)應(yīng) Flash 空間 4KB 8KB 15KB 4 內(nèi)部存儲(chǔ)器 RAM 512B 5 定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 3 個(gè) 16 位 6 通用異步通信口 UART 1 個(gè) 7 中斷源 8 個(gè) 8 有 ISP 在系統(tǒng)可編程 IAP 在應(yīng)用 可編程 無(wú)需專(zhuān)用編程器 仿真器 9 通用 I O 口 32 36 個(gè) 10 工作電壓 3 8 5 5V 圖 5 89C51 實(shí)物圖 圖 6 89C51 引腳圖 3 3 2 LM358N 引腳圖及特點(diǎn)引腳圖及特點(diǎn) LM358N 里面包括有兩個(gè)高增益 獨(dú)立的 內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)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(yīng)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(yùn)放的地方使用 LM358N 的特點(diǎn) 1 內(nèi)部頻率補(bǔ)償 2 低輸入偏流 3 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)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 1 5 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 Vcc 1 5V 圖 7 LM358N 引腳圖 3 3 33 3 3 LM393PLM393P 引腳及功能引腳及功能 LM393P 是雙電壓比較器集成電路 其內(nèi)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(fù)載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)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(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)地 SPS 開(kāi)路 當(dāng)不用 負(fù)載電阻沒(méi)被運(yùn)用 輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動(dòng)和器件的 值所限制 當(dāng)達(dá)到極 限電流 16mA 時(shí) 輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升 圖 8 LM393 引腳圖 3 3 4 原器件清單 原器件清單 STC89C51RC 1 個(gè) LM358N 1 個(gè) LCD1602 1 個(gè) LM393P 1 個(gè) 蜂鳴器 1 個(gè) 傳聲器 1 個(gè) 4 2 底座 3 個(gè) 按鍵 1 個(gè) 10K 可調(diào)電阻 3 個(gè) 定值電阻若干 定值電容若干 4 4 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 4 14 1 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)單片機(jī)程序設(shè)計(jì) 基于 51 單片機(jī)的設(shè)計(jì) 將其對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換的編程下載到單片機(jī)中 其系統(tǒng)流程圖如下圖所示 圖 9 程序流程圖 5 調(diào)試運(yùn)行及結(jié)果調(diào)試運(yùn)行及結(jié)果 5 15 1 調(diào)試結(jié)果與分析 調(diào)試結(jié)果與分析 經(jīng)傳感器收集信號(hào) 經(jīng)過(guò)放大電路和濾波電路 得到有用的信號(hào) 并且經(jīng)過(guò)單片機(jī)編 程控制 然后通過(guò)按鍵可以進(jìn)行心音 肺音的切換 當(dāng)被檢測(cè)的心音不在所設(shè)定的正常頻 率范圍內(nèi)時(shí) 蜂鳴器就會(huì)響起 發(fā)出警報(bào) 這時(shí)顯示頻上會(huì)出現(xiàn)跳動(dòng)次數(shù) 無(wú)論測(cè)得的心 音是否正常 顯示頻上都會(huì)顯示出結(jié)果 焊接完整電路后 經(jīng)調(diào)試發(fā)現(xiàn)結(jié)果運(yùn)行正常 蜂 鳴器聲音正常 顯示器顯示正常 5 25 2 仿真原理圖 仿真原理圖 圖 10 仿真原理圖 5 35 3 信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路 信號(hào)調(diào)理電路主要是由音頻信號(hào)采集 前置放大電路 高低通濾波電路組成 音頻信號(hào)采 集是通過(guò)拾音傳感器 MIC 人的通心音信號(hào)一般只有幾十毫伏 本設(shè)計(jì)的把采樣信號(hào)通過(guò) 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 2 f 1 RC 可得 f 1 2 RC 由此可得高通濾波中 R1 R2 1 6K C1 C2 0 1u 由于實(shí)際實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)誤差 故本次設(shè)計(jì)的低通為 R1 R2 1 2K C1 C2 0 1u 經(jīng)過(guò)濾波處理之后的信號(hào) 是一個(gè)帶寬在 15 9Hz 1592 4Hz 之間的信號(hào) 它代表了心率信號(hào)的頻率范圍 波形整理電路的意義在于 將模擬信號(hào)量轉(zhuǎn)換 成可供單片機(jī)識(shí)別的邊沿信號(hào) 以供程序進(jìn)行計(jì)數(shù)分析 濾波之后的信號(hào)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(jīng)由分 壓電路 提供給電路一個(gè)基準(zhǔn)電壓 根據(jù)關(guān)系式 VCC VV VV VO 判斷比較器比較輸出值 6 6 總結(jié)總結(jié) 6 16 1 設(shè)計(jì)所做的工作設(shè)計(jì)所做的工作 在本次課程設(shè)計(jì)中 我們是四個(gè)人分為一組 按照流程來(lái) 每個(gè)人都有了相 應(yīng)的分工 在各自獨(dú)立完成自己的那份工作的同時(shí) 會(huì)認(rèn)真學(xué)習(xí)和記錄課程中 其他部分的進(jìn)度與設(shè)計(jì) 我主要負(fù)責(zé)的是濾波電路那一部分 雖然最終的實(shí)際 結(jié)果與理論上存在了一定的誤差 但是通過(guò)反復(fù)的計(jì)算與調(diào)試 對(duì)電阻的阻值 和電容的大小做出了相應(yīng)的改變 誤差在可觀范圍內(nèi) 除此之外 我還進(jìn)行了 部分焊接 6 26 2 不足與待改進(jìn)之處不足與待改進(jìn)之處 在進(jìn)行仿真過(guò)程中 由于對(duì)各個(gè)電阻 電容等的大小沒(méi)有準(zhǔn)確的把握 導(dǎo)致 進(jìn)行調(diào)試時(shí)出現(xiàn)各種問(wèn)題 在 A D 轉(zhuǎn)換的過(guò)程中出現(xiàn)信號(hào)失真 上半波波形不完整 經(jīng)發(fā)現(xiàn)失真的原因 是工作電壓范圍較小 當(dāng)超出最大電壓或低于最小電壓時(shí) 便會(huì)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(hào)噪聲較大 這就需要我們進(jìn)行對(duì)焊接熟練的掌握 6 36 3 設(shè)計(jì)心得體會(huì)設(shè)計(jì)心得體會(huì) 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì) 在不斷收集資料的過(guò)程中 讓我對(duì)本專(zhuān)業(yè)有了更進(jìn)一步 的認(rèn)識(shí) 同時(shí)發(fā)現(xiàn)自己一點(diǎn)一點(diǎn)地在進(jìn)步 我們以小組的形式認(rèn)真負(fù)責(zé)地完成 自己負(fù)責(zé)的那份工作 我對(duì)濾波電路的分類(lèi) 原理 應(yīng)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(duì)各級(jí)