一種基于AT89S52的可視電子聽診器的研制

　　一種以AT89S52單片機(jī)為核心，利用駐極體式聲音傳感器實(shí)現(xiàn)的心音數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用圖形液晶模塊實(shí)現(xiàn)顯示的新型可視電子聽診器。介紹了電子聽診器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，給出了硬件電路原理和軟件流程。該系統(tǒng)在進(jìn)行常規(guī)心臟聽診的同時(shí)可通過液晶顯示屏直觀地顯示心率和心音波形。

　　心音是能反映心臟正常或者病理的音響，它是由于心臟搏動(dòng)過程中各瓣膜的開閉以及心肌和血液運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的震動(dòng)形成的。心音聽診是診斷心臟疾病的重要依據(jù)。傳統(tǒng)的方法是采用聽診器聽診心音，診斷的依據(jù)主要是醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)。這種方法比較簡(jiǎn)單，但由于人耳對(duì)聲音的感知是聲強(qiáng)與頻率的綜合效應(yīng)，因而有些病理特性難以捕捉，且準(zhǔn)確性較差。設(shè)計(jì)一種新的電子聽診器對(duì)聽診音進(jìn)行定量、準(zhǔn)確的分析很有必要。目前，國內(nèi)電子聽診器產(chǎn)品的價(jià)格和功能與國外相比還存在較大差距，多數(shù)只是將心音采集后放大，雖然在一定程度上改良了聽診器，但是還不能很好地反映心音波形。本文研制的可視聽診器實(shí)現(xiàn)了這一功能。它集聽診和心電信號(hào)監(jiān)測(cè)功能于一體，可以實(shí)時(shí)記錄并顯示心率及心音圖，使診斷更準(zhǔn)確，且便于醫(yī)學(xué)教學(xué)。同時(shí)具有可存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)顯示、簡(jiǎn)單易用、成本低、體積小等優(yōu)點(diǎn)。本文對(duì)該可視聽診器的結(jié)構(gòu)及工作原理作了較詳細(xì)的介紹。

　　1 硬件設(shè)計(jì)

　　可視聽診器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。該可視聽診器由采集處理和波形顯示二部分組成，具體由聲音傳感器、信號(hào)調(diào)理采樣電路和鍵盤顯示電路組成。

　　由于聽診器接收到的是微弱的寬帶頻率信號(hào)，因此由聲音傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，需要經(jīng)過濾波檢波放大電路對(duì)心電波形進(jìn)行調(diào)理，然后經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換送給單片機(jī)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)，并根據(jù)用戶設(shè)置在液晶顯示屏上實(shí)時(shí)顯示出來，以便用戶仔細(xì)觀察心音波形。另外，波形數(shù)據(jù)可以通過串行通信方式傳給上位機(jī)(PC機(jī))，再利用上位機(jī)強(qiáng)大的處理功能和模擬示波器軟件來顯示心電波形。

　　1.1 拾音頭

　　由于心音頻率較低(20～600Hz)，在人耳可聽頻域范圍的低頻段，因此選用傳聲器(話筒——將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的換能器)作為聲音傳感器。聲音傳感器(話筒)有很多種類，如駐極體式、動(dòng)圈式和電容式等。本系統(tǒng)對(duì)傳感器的選取原則是：靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，除了要提取微弱的心音信號(hào)外，還要求它不受人聲、工頻等信號(hào)的干擾。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)比較，設(shè)計(jì)中選用駐極體式話筒。拾音器MIC的制作選用老式聽診器的振膜頭部分。在振膜耳把套上20cm長(zhǎng)的橡皮管，另一頭擠壓入一只微型駐極體話筒，話筒的2根導(dǎo)線用屏蔽電纜接到電路中的MIC處，駐極體話筒處用熱縮套管加固，以防止操作時(shí)產(chǎn)生不必要的噪聲干擾。

　　1.2 信號(hào)調(diào)理電路

　　信號(hào)調(diào)理電路如圖2所示，主要由三部分組成：(1)信號(hào)輸入級(jí)(第1級(jí))。拾音頭輸出音頻信號(hào)經(jīng)耦合電容C1輸入信號(hào)處理電路，為保證拾音頭正常工作須提供較大的負(fù)載電阻，為此設(shè)計(jì)中采用了由NPN三極管構(gòu)成的射極跟隨器作為輸入級(jí)。(2)濾波放大(第2級(jí))。經(jīng)測(cè)量，心音頻率較低，因此在信號(hào)放大的同時(shí)可將頻率在600Hz以上的信號(hào)全部濾除，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。設(shè)計(jì)中采用一階低通濾波電路。(3)檢波放大(第3級(jí))。由于聲波圖形類似于調(diào)幅波形，故需用檢波電路把迅速變化的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成變化較慢的直流電壓信號(hào)。檢波電路可分為峰值檢波、平均值檢波和均方根值檢波。本電路中采用了峰值檢波，它能給出一定時(shí)間間隔內(nèi)的最大值。另外為便于采集并有效地利用A/D的轉(zhuǎn)換范圍，信號(hào)要放大到相應(yīng)的電平范圍之內(nèi)，故設(shè)計(jì)中使用了比例放大電路。