電子聽診器的課設(shè)報告

1、一、概述老式的聽診器聲音微弱，而且塞在耳朵里很不舒服，既不能隔離環(huán)境噪聲，也不能調(diào)節(jié)頻率響應(yīng)。本設(shè)計的電子聽診器由于設(shè)有放大器，因此可將微弱的心跳聲放大到清晰可聞的程度。本文設(shè)計的電子聽診器包括放大電路、濾波電路，還包括輸出端的音頻放大器、LED計數(shù)顯示電路。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，這樣有助于醫(yī)務(wù)人員提高初診的準(zhǔn)確度，也為進一步診斷做好了基礎(chǔ)。根據(jù)所要達到的要求，拾音頭MIC將選用普通振膜拾音頭就可以達到理想的頻率響應(yīng)和較低的背景噪聲。二、方案論證 傳統(tǒng)的醫(yī)用聽診器無放大作用，聲音微弱，塞在耳朵里很不舒服，受環(huán)境

2、噪聲的影響也較大。電子聽診器采用多級低噪聲放大器，其輸出音量可調(diào)，輸出通過耳機并且用LED顯示，使用更加方便直觀。方案一： 方案一原理參考框圖如圖1所示。耳機音頻放大器前置放大器低通濾波器拾音傳感器顯示計數(shù)器圖1 電子聽診器電路原理框圖方案二：這個題目也可通過單片機實現(xiàn)。將各部分電路接在單片機上，通過編程實現(xiàn)。這樣設(shè)計就使設(shè)計過程很簡單，很容易，但要用到單片機，就會價格昂貴，而且也沒有方案一的輕巧與靈便，綜合看來，方案一更優(yōu)。3、 電路設(shè)計1. 拾音傳感器信號采集 采集級選用普通的振膜式拾音頭,用一端橡皮管與駐極體話筒連接。將駐極體話筒放置在橡皮管內(nèi)，由拾音頭撿拾到的心音信號通過橡皮管傳給駐極

3、體話筒，起到撿拾心音信號的作用。信號采集單元利用拾音頭MIC將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒┖蠹墕卧幚淼碾妷盒盘?。不過為了仿真，本次課設(shè)利用交流信號源直接取代傳感器所采集的信號，電路圖如圖2所示。 圖2 交流信號源2.前置放大電路 根據(jù)后級電路處理要求，經(jīng)過濾波電路會使信號強度略有衰減，這便導(dǎo)致本來微弱的信號不能被人耳聽到。因此有必要對采集到的電壓信號進行放大。這里采用電壓反相放大電路對信號放大22倍，示意圖如圖3所示。 圖3 電壓反相放大電路示意圖在圖3電路中，輸入電壓和輸出電壓及各電阻之間的的關(guān)系為： 3.低通濾波電路 實際應(yīng)用中拾音傳感器收集到的聲音必定混有雜音，因此我們必須使用濾波器濾除得到的電

4、壓信號中的噪聲信號，本次課設(shè)采用二階巴特沃思低通濾波器對信號進行濾波，如圖4所示。 圖4 二階巴特沃思低通濾波器該濾波器的截止頻率為： 4. 音頻放大電路 信號在經(jīng)過濾波器的同時也會被衰減，而且濾波器通帶是個范圍0200Hz，這便使得醫(yī)生診斷時心跳聲里還會夾雜著小頻率的噪音。我們要聽清這些，方可便于診斷。由于不同的聲音信號頻率對應(yīng)的音調(diào)也不同，這時我們必須使用音調(diào)可調(diào)的功率放大電路。這里使用LM358AD集成功放，其中C3為輸出電容，R8和C4串聯(lián)構(gòu)成校正網(wǎng)絡(luò)用來進行相位補償。該集成功放電壓增益較高，約為100dB。利用R10實現(xiàn)音量的可調(diào)，示意圖如圖5所示。LM358AD的最大輸出電壓U約為

5、Vcc-1.5V。其最大輸出功率表達式為： 圖5 可調(diào)音頻放大電路示意圖5.計數(shù)顯示電路 醫(yī)生在聽診的同時，需要記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的分析，可以使診斷更準(zhǔn)確些。這就要求設(shè)計中存在計數(shù)部分了，本次課設(shè)中使用三片十進制計數(shù)器74LS160與三片數(shù)碼管構(gòu)成一個三位數(shù)的計數(shù)電路來實現(xiàn)計數(shù)功能。示意圖如圖6所示。圖6 計數(shù)電路示意圖 為了便于醫(yī)生進行觀察，增設(shè)了一個顯示心跳狀態(tài)的發(fā)光二極管驅(qū)動電路，來完善設(shè)計。用發(fā)光二極管的點亮與否，來觀察被測者的心跳狀態(tài)，從而使診斷更加方便直觀 。LED選用兩只不同顏色的發(fā)光二極管 (紅色、綠色各一只)反向并聯(lián)后代用。示意圖如圖7所示。 圖7 狀態(tài)顯示電路示意圖

6、四、性能的測試1.交流信號源的測試 用示波器測出5mv（最大值）、400Hz的交流信號源波形如圖8所示。信號源工作正常，與預(yù)設(shè)值一致。圖8 信號源測試波形2.前置放大電路測試如圖9得知，信號經(jīng)過前置放大電路后，幅值達到110mV。也就是說，被放大了22倍，放大電路工作正常，符合要求。 圖9 通過前置放大電路后信號仿真波形3. 濾波電路測試 濾波器其實就是信號的增益（衰減）變化，不同的頻率，不同的增益（衰減）。稱為幅頻曲線。巴特沃斯濾波器的截止頻率指-3dB通頻帶頻率，也就是在這個頻率以內(nèi)保證暢通（通帶）。因此放大后的信號經(jīng)過濾波器除雜，同時信號被衰減，幅度略有減小，仿真波形如圖10所示。這也是

7、后面的輸出電路需要放大的原因。圖10 通過濾波電路后信號仿真波形4. 音頻放大電路測試該部分要求音量可調(diào)，測試時改變電位器R10的大小，蜂鳴器音量改變，電路工作正常，符合要求。5.計數(shù)電路測試 打開仿真開關(guān)后，數(shù)碼管顯示數(shù)字，U7 U6 U5分別表示百位十位個位的數(shù)字。三個數(shù)碼管顯示滿足十進制，計數(shù)情況與信號源預(yù)設(shè)的頻率相符，計數(shù)器測試結(jié)果正常，測試結(jié)果如圖11所示。圖11 計數(shù)電路顯示情況6.顯示電路測試 用兩個發(fā)光二極管的點亮與否，來觀察計數(shù)，兩個LED 反接并聯(lián)起來，輪流點亮，符合給定的正弦交流信號特點。仿真結(jié)果如圖12所示。 (a) (b) 圖12 LED顯示電路測試結(jié)果7.電路整體性

8、能測試 當(dāng)打開仿真開關(guān)時，計數(shù)器開始計數(shù)并通過數(shù)碼管顯示，仿真時間到1秒后，數(shù)碼管顯示400，與信號源的預(yù)設(shè)頻率400Hz相符。顯示電路部分兩個LED交替閃爍，可以直觀的觀察出信號源的工作狀況。調(diào)節(jié)音頻放大電路中的電位器R10，蜂鳴器的音量隨之改變，實現(xiàn)了音量大小的調(diào)節(jié)。綜上所述，電路測試正常。5、 結(jié)論通過Multisim的仿真可以看到，設(shè)計的電子聽診器電路滿足設(shè)計要求的技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)要求。信號通過前置放大器放大Au=-R3/R2=-22倍后，再通過二階巴特沃斯低通濾波器，被衰減3dB后輸出。衰減的信號一方面通過音頻放大電路放大后由蜂鳴器輸出，音量通過調(diào)節(jié)電位器R10來控制；另一方面通過計數(shù)

9、驅(qū)動電路放大后通過十進制計數(shù)器74LS160和數(shù)碼管構(gòu)成的計數(shù)器計數(shù)以及兩個LED交替閃爍來觀察工作情況。此電路滿足設(shè)計要求，可以正常、穩(wěn)定的進行工作。6、 性價比 此電子聽診器電路用到的主要器件都是市面上很容易買到的集成運放NE5532AP、集成功放LM358AD、計數(shù)器74LS160、數(shù)碼管等廉價器件。這大大降低了制造成本。雖然設(shè)計簡單，但是能夠滿足實際的聽診要求，經(jīng)濟實用，性價比不錯。七、課設(shè)體會及合理化建議剛拿到課題時，感覺挺難的，覺得這直接是醫(yī)學(xué)電子范疇了，我這不學(xué)醫(yī)的可以勝任嗎？細(xì)細(xì)審題后，再結(jié)合任務(wù)書上已經(jīng)給出的原理框圖，發(fā)現(xiàn)每個模塊其實就是模電數(shù)電里學(xué)到的知識，比如集成運放電路

10、和濾波器設(shè)計以及計數(shù)電路。好好的溫習(xí)學(xué)過的知識后，漸漸進入狀態(tài)了。不過后來的調(diào)試還是碰到了一些小問題，但是通過和老師同學(xué)交流后，問題一一排除。結(jié)果得到這個比較完善的電路。此次課設(shè)對我本人來說幫助甚大。這次課設(shè)不僅使我重新溫習(xí)了以前模擬電路的部分內(nèi)容，也鍛煉了我對仿真軟件Multisim的應(yīng)用。能把所學(xué)知識升華后搬進軟件里仿真，真的很不容易，也很有趣。課本學(xué)習(xí)時需要掌握的僅僅是重點知識，但仿真起來就比較難了，得注意每個細(xì)節(jié)。 這次課設(shè)暴露了我一直以來學(xué)習(xí)和生活中的一些缺點，比如開始時我認(rèn)為計數(shù)器那里過于復(fù)雜，而懶得思考，著手做后感覺其實并沒那么難。掌握書上的知識是不夠的，就像古人所云：紙上得來終

11、覺淺，絕知此事要躬行。我自己實踐的太少，以后一定要主動的去學(xué)習(xí)。同時，我希望學(xué)校為學(xué)生開放實驗室，增加實驗時間，這樣在提高同學(xué)學(xué)習(xí)熱情的同時，也方便了老師對書上知識的教學(xué)。 參考文獻1童詩白、華成英主編者.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). M北京：高等教育出版社，2006年2沈雷鳴.新型電子聽診器.護理學(xué)雜志J.北京:2005.4.20(8)3洪班信.英國研制出靈巧的聽診器.中國醫(yī)刊J.武漢:2006.(7)4籍順心.一種可用于強噪聲環(huán)境的有源聽診器.聲學(xué)學(xué)報J.北京:2007.(4)5裴仁清,黃偉,程志華.濾波電路原理.自動化儀表J.北京:2001.(10)附錄I 總電路圖附錄II 元器件清單序號編號名稱型號數(shù)量1U1AU3A 集成運放NE5532AP32LED1 LED2發(fā)光二級管紅 綠23R1 電阻1.9K14R2電阻2K15R3電阻44K16R4 R5電