一種新型電子心音聽診器的設計

摘 要 心腦血管等先天性心臟疾病一直位居危害人類健康榜首之位，且日趨嚴重。本文提出研制一款實用的電子心音聽診器，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，解決現今傳統(tǒng)聽診器的弊端。

【關鍵詞】心音聽診器 存儲卡 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養(yǎng)物質，心血管疾病一直位居危害人類健康的榜首。更為嚴峻的是：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，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)現心血管疾病的電子心音聽診器的研制顯得尤為重要。

1 電子心音聽診器功能簡介

（1）自制心音傳感器將心音（振動）轉換成電信號。

（2）預處理電路能較好的將采集到的心音信號放大、濾波。

（3）經預處理電路的心音信號經功率放大，實現心音實時播放功能。

（4）旋轉ADJ旋鈕，可顯示被測試者的心率。

2 心音聽診器硬件設計

2.1 總體設計

我們按照模塊設計來實現整個聽診器的設計，總體設計如圖1。

2.2 心音采集模塊

心音信號采集電路如圖2所示，圖中MIC即為自制的拾音器的電器符號，MIC接入電路時，需要VCC提供一定的直流偏置電壓，保證拾音器的正常工作。市面上買到的駐極體話筒內部并沒有專用場效應管和二極管，所以需要另外設計阻抗變換電路。我們是通過引入正反饋使輸入端電位升高，即自舉電路，實現最佳阻抗匹配。

2.3 功率放大電路

為實現心音信號可聽診，可視的功能，將預處理后的心音信號一路送入微控制器做A/D轉換，另一路被引入功率放大模塊。本設計采用LM386功率放大器驅動內阻為8Ω，功率為2.5W的揚聲器，完成心音實時播放的功能，電原理圖如圖3。

LM386的引腳1和引腳8都為增益設定引腳，其間外接電阻時，必須要串聯(lián)一個大電容，即只改變交流通路，來實現電壓增益可調。根據引腳1和引腳8之間的電阻參數，可實現20～200倍可調電壓放大，即26～46dB電壓增益可調。

2.4 主控模塊

采集到的心音信號經預處理電路之后，將被輸入到主控模塊實現模數轉換，并將其波形同步到LCD12864液晶顯示屏上，實現心音信號可視。同時，主控模塊也控制板上指示燈、按鈕的響應控制、以及對心率的計數控制。選擇一款價位低、功耗小、處理速度快的單片機十分重要，本設計中采用ATmega64-16AU作為微控制器的核心芯片。

2.5 心率計數模塊

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數放大模塊，圖中的運算放大器為LM6172，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置DC-DC的轉換電路，因此無需外接負電源。

3 結果檢測

3.1 心音實時播放結果

經預處理的心音信號，一路引入ATmega64單片機，一路引入LM386功率放大電路，帶動揚聲器，實現心音實時播放功能。按上一節(jié)介紹的心音播放模塊連接好電路后，通電，可從揚聲器聽到周期性的與心跳一致的咚咚聲，與傳統(tǒng)聽診器檢測到的心跳聲基本相同。

3.2 心音圖同步顯示實驗結果

當被測試者完全處于放松狀態(tài)、測試環(huán)境絕對安靜時，用LCD屏顯示并存儲的心音結果。由于LCD屏的尺寸有限，可考慮錄一段心音圖視頻來更好的說明心音同步的結果，并可通過調節(jié)板上的ADJ旋鈕，控制顯示速率。此外，也可調節(jié)ADJ旋鈕，選擇將當前心音波形存儲到EEPROM、回放存儲波形。

4 結束語

本論文分模塊設計了心音采集電路、放大電路、濾波電路等。為實現心音實時播放功能，同時設計了功率放大電路帶動小功率揚聲器。預處理后的信號經ATmega64微控制器的A/D轉換，送至LCD12864顯示，從液晶顯示屏上觀測到被測試者的心音圖，解決了傳統(tǒng)聽診器不能觀察心音圖的缺陷，達到預計效果。

參考文獻

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作者簡介

李陽軍（1985-），女，湖南省人。碩士學位。現為遵義師范學院物理與電子科學學院講師，主要從事信息與信號處理方面的相關研究。

作者單位

遵義師范學院物理與電子科學學院 貴州省遵義市 563006