生物医学工程课程设计报告电子听诊器设计

1、精品重庆理工大学 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09级学 号： 姓 名： 指导老师：日 期：2012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，设计相应电路，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，编写计算机信号采集处

2、理程序，以图形方式显示信号采集结果。目 录摘 要iabstractii1.引言11.1 听诊器的发展简介11.2 电子听诊器基本原理11.3 驻极体电容传声器原理12.设计22.1硬件电路设计22.2 软件设计23. 调试运行及结果33.1硬件原型33.2调试结果33.3上位机界面及运行结果34.总结44.1 设计所做的工作44.2 不足与待改进之处44.3 设计心得体会4致谢5参考文献6摘 要 本文设计的电子听诊器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

3、集并通过rs232 口传送至pc机，以图形方式显示信号采集结果。本文设计的电子听诊器设有放大器，可将微弱的心跳声放大到清晰可闻的程度。本文设计的电子听诊器包括前置放大电路，高低通滤波电路，功率放大电路等。经实验证明，此电子听诊器具有良好的波形分析能力，能够将设置好的频率段以外的声音频率滤掉，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。iiabstractthe electronic stethoscope we designed uses an omnidirectional electret condenser microphone as

4、 an sound pickup sensor, realizing the monitor of the beating of the heart sound, and sending to a pc through rs232 after single chip acquired the signal, displaying signal acquisition results with graphics. the electronic stethoscope is with amplifiers, which can amplify faint heartbeat to a easily

5、 heard degree. the electronic stethoscope designed include preamplifier, high and low pass filter circuit, the power amplifier circuit, etc. proved by the experiment, the electronic stethoscope has good waveform analysis ability, it can filter sound which beyond frequency , so it can get the heart s

6、ounds signal magnified, and its helpful for the medical staff to improve the accuracy, and also be the basis of further diagnosis.1.引言1.1 听诊器的发展简介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。主体电路都差不多，无非是更加完善，而滤波电路和信号输出等尤为重要，这是体现一个电子听诊器好坏的标准。电子听诊器具有如下特点：均选用常规元器件，通过元器件

7、合理选型与电路的精心设计，调试，达到既稳定可靠，有较高显示精度，又具有较低的成本，操作简易的特点：既能检测普通的心音和呼吸音，又能捕捉特殊的心音和肺音，肠鸣音：检测结果既可以通过耳机监听，还可以录音重放及数字显示。1.2 电子听诊器基本原理电子听诊器的原理如图1.2.1所示，该电子听诊器由两大部分组成：监听部分和心率显示部分。具体由拾音头，前置级放大电路、滤波电路、功率放大器、ad转换模块和主控传输电路构成。由于其中传声器所接受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器无用的杂波。因此我们需要做高精度的放大、滤波电路。如果被监测的是心音信号，则它首先将送入前置级电路中，

8、进一步放大后，经过滤波器，滤除放大器本身及外界传入的高频噪声以及心音信号中没有诊断价值的高频部分及低频部分。而其中滤波器输出的信号，一方面要求送入主控模块进行ad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。信号输出低高通滤波器电压放大器信号采集 图1.2.1 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

9、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： 1.2.2图系统总体框图 figthe framework of system拾音器前置放大低高通滤波音频放大扬声器ad转换单片机控制pcledrs232放大30倍自身增益20倍1.3 驻极体电容传声器原理vcc选用5v电压源，ids选用0.4ma,uds选用3v,根据公式：则r=5k,c选用1uf2.

10、设计2.1硬件电路设计2.1.1 信号调理电路 2.1.2 音频和驱动电路2.1.3 数字信号采集电路pcb电路：2.1.4主要元器件，各元器件参数计算及选型2.2 软件设计2.2.1 单片机程序设计单片机源代码：/*程序简介：本程序采用89c52为mcu，max1257作为ad转换芯片，由ad转换模拟量并将转换结果以rs232传送制作时间：2012.6.19制作原因：课程设计电子听诊器中需要用到制作人： */#include <at89x52.h>#include <math.h>#include<intrins.h>sbit cs=p21; /1247片

11、选端口sbit din=p22;/数据输入端sbit sclk=p20;/触发信号sbit dout=p23;/数据输出端sbit sstrb=p24;/转换完成char data_h=0; /数据处理的高位char data_l=0; /数据处理的低位int data; /数据处理中用到的int ad_data=0;/ad转换来的数据char tmp=0;/定义一个接收上位机的指令的缓存/*函数功能：串行中断接收上位机的指令 入口参数：无*/void es_int() interrupt 4if(ri=1)ri=0;tmp=sbuf;if(tmp='s') /如果上位机发送的

12、是s就启动定时器，开始采集并发送数据et0=1;if(tmp='a') /如果上位机发送的是a就停止定时器，停止采集和发送数据et0=0;/*函数功能：发送ad转化后的结果 入口参数：无 data_h为数据的高八位，data_l为数据的低八位*/void senddata_16()sbuf=data_h;while(!ti);ti=0;sbuf=data_l<<4; /由于低八位中只有低四位有效，就将其右移四位while(!ti);ti=0;/*/ad转换采用ch0，双极性，内时钟，控制字位0x96 0b1001 0110，为提高程序的运行速度不采用“for()”循

13、环的方式/*/void set_ad()sclk=0;din=1;_nop_();sclk=1;_nop_();_nop_();sclk=0;din=0;_nop_();sclk=1;_nop_();_nop_();sclk=0;din=0;_nop_();sclk=1;_nop_();_nop_();sclk=0;din=1;_nop_();sclk=1;_nop_();_nop_();sclk=0;din=0;_nop_();sclk=1;_nop_();_nop_();sclk=0;din=1;_nop_();sclk=1;_nop_();_nop_();sclk=0;din=1;_no

14、p_();sclk=1;_nop_();_nop_();sclk=0;din=0;_nop_();sclk=1;_nop_();_nop_();/*/读取ad转换来的数值，为提高程序的运行速度不采用“for()”循环的方式/*int get_ad() data_h=0;/高八位data_l=0;/低八位/*高八位*/sclk=1;_nop_();sclk=0;data_h=data_h+(unsigned char)dout; data_h=data_h<<1;_nop_();_nop_();sclk=1;_nop_();sclk=0;data_h=data_h+(unsigned

15、 char)dout; data_h=data_h<<1;_nop_();_nop_();sclk=1;_nop_();sclk=0;data_h=data_h+(unsigned char)dout; data_h=data_h<<1;_nop_();_nop_();sclk=1;_nop_();sclk=0;data_h=data_h+(unsigned char)dout; data_h=data_h<<1;_nop_();_nop_();sclk=1;_nop_();sclk=0;data_h=data_h+(unsigned char)dout;

16、data_h=data_h<<1;_nop_();_nop_();sclk=1;_nop_();sclk=0;data_h=data_h+(unsigned char)dout; data_h=data_h<<1;_nop_();_nop_();sclk=1;_nop_();sclk=0;data_h=data_h+(unsigned char)dout; data_h=data_h<<1;_nop_();_nop_();sclk=1;_nop_();sclk=0;data_h=data_h+(unsigned char)dout; data_h=data_

17、h<<1;_nop_();_nop_();/*低四位*/sclk=1;_nop_();sclk=0;data_l=data_l+(unsigned char)dout; data_l=data_l<<1;_nop_();sclk=1;_nop_();sclk=0;data_l=data_l+(unsigned char)dout; data_l=data_l<<1;_nop_();sclk=1;_nop_();sclk=0;data_l=data_l+(unsigned char)dout; data_l=data_l<<1;_nop_();sc

18、lk=1;_nop_();sclk=0;data_l=data_l+(unsigned char)dout; data_l=data_l<<1;_nop_();/*/通过定时中断来控制控制ad转换的频率：初始值约为3m/*/void ad_1247() interrupt 1 th0=0xfd; /定时器的高位tl0=0xd7; /定时器的低位set_ad();while(!sstrb);get_ad();senddata_16(); main() scon=0x50; /串口方式1,允许接收pcon=0x80; /smod=1,波特率加倍tmod=0x21; /定时器1定时方式2

19、,定时器0采用定时方式1（16位）th1= 0xff; /22.1184m 115200波特率tl1= 0xff;tr1= 1; /启动定时器th0=0xf8; /定时器0初值设定tl0=0xcc;tr0=1; /启动定时器0et0=1; /打开定时中断0ea=1; /打开总中断cs=0; /上电时就片选1247es=1;while(1)/本程序都采用中断的方式来执行，所以主程序中并无任务2.2.2 上位机程序设计设计思路：3. 调试运行及结果3.1硬件原型3.2调试结果3.2.1 信号放大电路 3.2.2 滤波电路 高通：低通：3.2.2 音频放大电路3.3上位机界面及运行结果数据采集界面历史数据查看界面 4.总结4.1 设计所做的工作在初步设计电路时，需要根据实际输入信号的大小计算一级放大电路的放大倍数。再根据心电信号的频率范围设计通频带的范围为40hz1000hz。然后用电位器调节二级放大倍数由扬声器输出信号