电子听诊器完整设计编辑版文档格式.docx
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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
3
出勤情况
全勤:
得10分
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
旷课超过2天:
得0分
4
设计、实验万案
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。
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。
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;
。
合计
评语:
等级:
(优秀、良好、中等、及格、不及格)
评阅人:
职称:
日期:
年月日
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:
3.硬件设计6
3.1前置放大电路6
3.2滤波电路6
3.3主要元器件的介绍7
3.3.1STC89C51的引脚图和功能7
3.3.2LM358N引脚图及特点8
3.3.3LM393P引脚及功能9
3.3.4原器件清单:
9
4.软件设计10
4.1单片机程序设计10
5.调试运行及结果12
5.1调试结果与分析:
12
5.2仿真原理图:
12
5.3信号调理电路12
6.总结13
6.1设计所做的工作13
6.2不足与待改进之处13
6.3设计心得体会13
1•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
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
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。
1.3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.设计方案
2.1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。
2.2方案二
图2电子听诊器的结构框图
3.硬件设计
3.1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0.5HZ~2.258HZ,
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)
3.2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15.9Hz~1592.4Hz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。
图3滤波电路
3.3主要元器件的介绍
3.3.1STC89C51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CMOS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、SRAMUARTSPI、A\D、PWM等模块。
该器件的基本
功能与普通的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;
⑵工作频率范围:
0~40MHZ相当于普通8051的0~80MHZ;
(3)STC89C5xRCM应Flash空间:
4KB\8KB\15KB;
(10)工作电压:
3.8~5.5V;
图589C51实物图图689C51引脚图
3.3.2LM358N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勺特点:
(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
⑹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(3—30V);
(9)双电源(土1.5一土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)
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图7LM358N引脚图
3.3.3LM393P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(S0P8)。
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B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将很快上升。
PINCONNECTIONS
OutputA[T
(J叵
InputsAj区
Grid叵
(TopView)
图8LM393引脚图
STC89C51RC1个
LM358N1个
LCD16021个
LM393P1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.软件设计
4.1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:
T-O;
gM-0;
F
初昭t夕
:
瘵晶h部中夺
El
显示
壬4
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图9程序流程图
5•调试运行及结果
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。
5.2仿真原理图:
图10仿真原理图
5.3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,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3=2nf,3=1/RC,可得f=1/2nRC。
由此可得高通滤波中R仁R2=1.6K,C仁C2=0.1u;
由于实
际实验中出现误差,故本次设计的低通为R仁R2=1.2K,C1=C2=0.1u。
经过滤波处理之后的信号,是一个带宽在15.9Hz~1592.4Hz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:
VOV——VCC
VV
判断比较器比较输出值。
6.总结
6.1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。
6.2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;
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