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一种新型电子心音听诊器的设计
作者：李阳军
来源：《电子技术与软件工程》2017年第07期
摘 要 心脑血管等先天性心脏疾病一直位居危害人类健康榜首之位，且日趋严重。本文提出研制一款实用的电子心音听诊器，并能同步记录心音波形，为医生诊断提供直接的参考依据，解决现今传统听诊器的弊端。 【关键词】心音听诊器 存储卡 处理器
心脏是人体最重要的器官之一，为人体各器官和组织提供氧以及各种营养物质，心血管疾病一直位居危害人类健康的榜首。更为严峻的是：心脑血管疾病的发病率不但在逐年上升，发病群体愈显年轻化。由此可见，一款低成本的、易携带的、适用的，能有力帮助医生尽早发现心血管疾病的电子心音听诊器的研制显得尤为重要。 1 电子心音听诊器功能简介
（1）自制心音传感器将心音（振动）转换成电信号。 （2）预处理电路能较好的将采集到的心音信号放大、滤波。 （3）经预处理电路的心音信号经功率放大，实现心音实时播放功能。 （4）旋转ADJ旋钮，可显示被测试者的心率。 2 心音听诊器硬件设计 2.1 总体设计
我们按照模块设计来实现整个听诊器的设计，总体设计如图1。 2.2 心音采集模块
心音信号采集电路如图2所示，图中MIC即为自制的拾音器的电器符号，MIC接入电路时，需要VCC提供一定的直流偏置电压，保证拾音器的正常工作。市面上买到的驻极体话筒内部并没有专用场效应管和二极管，所以需要另外设计阻抗变换电路。我们是通过引入正反馈使输入端电位升高，即自举电路，实现最佳阻抗匹配。 2.3 功率放大电路
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为实现心音信号可听诊，可视的功能，将预处理后的心音信号一路送入微控制器做A/D转换，另一路被引入功率放大模块。本设计采用LM386功率放大器驱动内阻为8Ω，功率为2.5W的扬声器，完成心音实时播放的功能，电原理图如图3。
LM386的引脚1和引脚8都为增益设定引脚，其间外接电阻时，必须要串联一个大电容，即只改变交流通路，来实现电压增益可调。根据引脚1和引脚8之间的电阻参数，可实现20～200倍可调电压放大，即26～46dB电压增益可调。 2.4 主控模块
采集到的心音信号经预处理电路之后，将被输入到主控模块实现模数转换，并将其波形同步到LCD12864液晶显示屏上，实现心音信号可视。同时，主控模块也控制板上指示灯、按钮的响应控制、以及对心率的计数控制。选择一款价位低、功耗小、处理速度快的单片机十分重要，本设计中采用ATmega64-16AU作为微控制器的核心芯片。 2.5 心率计数模块
正常人的心率在50～80次每分钟，老年人的心率略高。图4所示电路即为频率计数放大模块，图中的运算放大器为LM6172，此放大芯片在双电源条件下工作，由于微控制器的外围电路中内置DC-DC的转换电路，因此无需外接负电源。 3 结果检测
3.1 心音实时播放结果
经预处理的心音信号，一路引入ATmega64单片机，一路引入LM386功率放大电路，带动扬声器，实现心音实时播放功能。按上一节介绍的心音播放模块连接好电路后，通电，可从扬声器听到周期性的与心跳一致的咚咚声，与传统听诊器检测到的心跳声基本相同。 3.2 心音图同步显示实验结果
当被测试者完全处于放松状态、测试环境绝对安静时，用LCD屏显示并存储的心音结果。由于LCD屏的尺寸有限，可考虑录一段心音图视频来更好的说明心音同步的结果，并可通过调节板上的ADJ旋钮，控制显示速率。此外，也可调节ADJ旋钮，选择将当前心音波形存储到EEPROM、回放存储波形。 4 结束语
本论文分模块设计了心音采集电路、放大电路、滤波电路等。为实现心音实时播放功能，同时设计了功率放大电路带动小功率扬声器。预处理后的信号经ATmega64微控制器的A/D转
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换，送至LCD12864显示，从液晶显示屏上观测到被测试者的心音图，解决了传统听诊器不能观察心音图的缺陷，达到预计效果。 参考文献
[1]汤洋.蓝牙电子听诊器设计[D].上海：华东师范大学，2011.
[2]谭江平，何为，张占龙.心音信号采集与分析系统[J].重庆工商大学学报（自然科学版），2004（05）：465-467.
[3]刘娟，赵治栋.基于心音信号谱分析的身份特征提取算法[J].杭州电子科技大学学报，2010（04）：181-185. 作者简介
李阳军（1985-），女，湖南省人。硕士学位。现为遵义师范学院物理与电子科学学院讲师，主要从事信息与信号处理方面的相关研究。 作者单位
遵义师范学院物理与电子科学学院 贵州省遵义市 563006