一種新型電子心音聽(tīng)診器的設(shè)計(jì)

摘 要 心腦血管等先天性心臟疾病一直位居危害人類(lèi)健康榜首之位，且日趨嚴(yán)重。本文提出研制一款實(shí)用的電子心音聽(tīng)診器，并能同步記錄心音波形，為醫(yī)生診斷提供直接的參考依據(jù)，解決現(xiàn)今傳統(tǒng)聽(tīng)診器的弊端。

【關(guān)鍵詞】心音聽(tīng)診器 存儲(chǔ)卡 處理器

心臟是人體最重要的器官之一，為人體各器官和組織提供氧以及各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，心血管疾病一直位居危害人類(lèi)健康的榜首。更為嚴(yán)峻的是：心腦血管疾病的發(fā)病率不但在逐年上升，發(fā)病群體愈顯年輕化。由此可見(jiàn)，一款低成本的、易攜帶的、適用的，能有力幫助醫(yī)生盡早發(fā)現(xiàn)心血管疾病的電子心音聽(tīng)診器的研制顯得尤為重要。

1 電子心音聽(tīng)診器功能簡(jiǎn)介

（1）自制心音傳感器將心音（振動(dòng)）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

（2）預(yù)處理電路能較好的將采集到的心音信號(hào)放大、濾波。

（3）經(jīng)預(yù)處理電路的心音信號(hào)經(jīng)功率放大，實(shí)現(xiàn)心音實(shí)時(shí)播放功能。

（4）旋轉(zhuǎn)ADJ旋鈕，可顯示被測(cè)試者的心率。

2 心音聽(tīng)診器硬件設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

我們按照模塊設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)聽(tīng)診器的設(shè)計(jì)，總體設(shè)計(jì)如圖1。

2.2 心音采集模塊

心音信號(hào)采集電路如圖2所示，圖中MIC即為自制的拾音器的電器符號(hào)，MIC接入電路時(shí)，需要VCC提供一定的直流偏置電壓，保證拾音器的正常工作。市面上買(mǎi)到的駐極體話(huà)筒內(nèi)部并沒(méi)有專(zhuān)用場(chǎng)效應(yīng)管和二極管，所以需要另外設(shè)計(jì)阻抗變換電路。我們是通過(guò)引入正反饋使輸入端電位升高，即自舉電路，實(shí)現(xiàn)最佳阻抗匹配。

2.3 功率放大電路

為實(shí)現(xiàn)心音信號(hào)可聽(tīng)診，可視的功能，將預(yù)處理后的心音信號(hào)一路送入微控制器做A/D轉(zhuǎn)換，另一路被引入功率放大模塊。本設(shè)計(jì)采用LM386功率放大器驅(qū)動(dòng)內(nèi)阻為8Ω，功率為2.5W的揚(yáng)聲器，完成心音實(shí)時(shí)播放的功能，電原理圖如圖3。

LM386的引腳1和引腳8都為增益設(shè)定引腳，其間外接電阻時(shí)，必須要串聯(lián)一個(gè)大電容，即只改變交流通路，來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓增益可調(diào)。根據(jù)引腳1和引腳8之間的電阻參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)20～200倍可調(diào)電壓放大，即26～46dB電壓增益可調(diào)。

2.4 主控模塊

采集到的心音信號(hào)經(jīng)預(yù)處理電路之后，將被輸入到主控模塊實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將其波形同步到LCD12864液晶顯示屏上，實(shí)現(xiàn)心音信號(hào)可視。同時(shí)，主控模塊也控制板上指示燈、按鈕的響應(yīng)控制、以及對(duì)心率的計(jì)數(shù)控制。選擇一款價(jià)位低、功耗小、處理速度快的單片機(jī)十分重要，本設(shè)計(jì)中采用ATmega64-16AU作為微控制器的核心芯片。

2.5 心率計(jì)數(shù)模塊

正常人的心率在50～80次每分鐘，老年人的心率略高。圖4所示電路即為頻率計(jì)數(shù)放大模塊，圖中的運(yùn)算放大器為L(zhǎng)M6172，此放大芯片在雙電源條件下工作，由于微控制器的外圍電路中內(nèi)置DC-DC的轉(zhuǎn)換電路，因此無(wú)需外接負(fù)電源。

3 結(jié)果檢測(cè)

3.1 心音實(shí)時(shí)播放結(jié)果

經(jīng)預(yù)處理的心音信號(hào)，一路引入ATmega64單片機(jī)，一路引入LM386功率放大電路，帶動(dòng)揚(yáng)聲器，實(shí)現(xiàn)心音實(shí)時(shí)播放功能。按上一節(jié)介紹的心音播放模塊連接好電路后，通電，可從揚(yáng)聲器聽(tīng)到周期性的與心跳一致的咚咚聲，與傳統(tǒng)聽(tīng)診器檢測(cè)到的心跳聲基本相同。

3.2 心音圖同步顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)被測(cè)試者完全處于放松狀態(tài)、測(cè)試環(huán)境絕對(duì)安靜時(shí)，用LCD屏顯示并存儲(chǔ)的心音結(jié)果。由于LCD屏的尺寸有限，可考慮錄一段心音圖視頻來(lái)更好的說(shuō)明心音同步的結(jié)果，并可通過(guò)調(diào)節(jié)板上的ADJ旋鈕，控制顯示速率。此外，也可調(diào)節(jié)ADJ旋鈕，選擇將當(dāng)前心音波形存儲(chǔ)到EEPROM、回放存儲(chǔ)波形。

4 結(jié)束語(yǔ)

本論文分模塊設(shè)計(jì)了心音采集電路、放大電路、濾波電路等。為實(shí)現(xiàn)心音實(shí)時(shí)播放功能，同時(shí)設(shè)計(jì)了功率放大電路帶動(dòng)小功率揚(yáng)聲器。預(yù)處理后的信號(hào)經(jīng)ATmega64微控制器的A/D轉(zhuǎn)換，送至LCD12864顯示，從液晶顯示屏上觀測(cè)到被測(cè)試者的心音圖，解決了傳統(tǒng)聽(tīng)診器不能觀察心音圖的缺陷，達(dá)到預(yù)計(jì)效果。

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作者簡(jiǎn)介

李陽(yáng)軍（1985-），女，湖南省人。碩士學(xué)位。現(xiàn)為遵義師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院講師，主要從事信息與信號(hào)處理方面的相關(guān)研究。

作者單位

遵義師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 貴州省遵義市 563006