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，為醫生診斷提供直接的參考依據，解決現今傳統聽診器的弊端。

【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：心腦血管疾病的發病率不但在逐年上升，發病群體愈顯年輕化。由此可見，一款低成本的、易攜帶的、適用的，能有力幫助醫生盡早發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、測試環境絕對安靜時，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，并可通過調節板上的ADJ旋鈕，控制顯示速率。此外，也可調節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