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1、毕业设计文献综述电气工程与自动化电子听诊器信号采集技术1、 听诊器的历史及意义听诊器由一个圆圆的金属探头、一根橡皮管子和两个金属耳塞构成。听诊器是医生的诊断病症的设备，自从它诞生开始，听诊器就一直维持它的这一形象。科技发展到今天，听诊器几经革新。可以说听诊器的发展是伴随着科技发展在不断进步革新的。距今200多年前，一个法国医生雷恩郎内克想用听病人脏器所发出的声音帮助自己作出诊断。于是他制作了圆纸筒，组装成一个能够帮助他听清人脏器声音的器具这是人类医学史上的第一个听诊器。200多年过去了，听诊器在外形和功能上都没有发生决定性的改变。在人类迈入21世界的时候，美国一家公司推出了电子听诊器。传统的听
2、诊器无法听到脏器发出的一些微弱但却非常重要的生物声，就会使医生无法及时做出正确诊断，从而延误病情。电子听诊器正是针对传统听诊器的这一缺陷而研制开发的。电子听诊器配置的放大电路，能够使脏器等发出微弱的生物声音放大几百倍，从而使医生不会错过任何有价值的生物声音，更加易于判断心肺等器官是否发生病变。从前，在杂乱的事故现场、嘈杂的救护车上以及繁忙的急救室，不可能使用传统的听诊器来进行诊断。随着电子听诊器的出现，外科医生们就没有了这些烦恼。 但是只听声音是不够直观的，尤其是对于经验尚浅的医生来说，只听声音是不够的，这样会有误诊情况产生。如果能够通过声音和图像并结合已有数据库的病例图谱不仅会减少误诊现象，
3、而且会提高诊断效率。2、 电子听诊器研究重点 电子听诊器主要是心音信号的分析与研究表现在在以下几个方面:(1)对S1(第一心音)和S2(第二心音)的生理病理研究;(2)对人工心脏瓣膜的无创伤检测;(3)对心音微弱成分(第三心音和第四心音)的分析研究;(4)对心音传导机制建模；(5)从一个心动周期中定位提取心音成分;(6)分析心脏杂音的频率变化规律。在传统的稳态分析方法基础上,增加非平稳信号分析方法。典型的心音时颇分析有短时傅立叶变换、自回归模型、维格纳分布、小波变换等,人们将这些方法应用于第一心音分析、第二心音分析、心杂音分析,做了很多研究工作,取得了很好的成果。三、电子心音听诊器电路设计1.
4、心音探头。 单正娅、赵德安在4中指出“由于心音频率较低(20600HZ)，在人耳可听频域范围的低频段，因此选用传声器(话筒将声信号转换成电信号的换能器)作为声音传感器。” 驻极体电容式传声器正是其中一种。电路如下图1。 图1 驻极体话筒工作原理 (1)驻极体电容式传声器。当声波传到振膜时,膜片发生相应振动,改变了电容器极板之间的距离,使电容量C发生相应的变化,其两端的电压也相应变化。由于R的阻值很大,充电电荷Q来不及变化,这样就把声能转换成了电能。(2)驻极体电容式传声器腔体设计。传声器是心音和呼吸音检测的关键部分之一,其性能直接影响心音和呼吸音信号的提取质量。另一个影响心音和呼吸音信号提取质
5、量的重要因素是传声器与体表的声祸合方式。当用传声器检测心音和呼吸音信号时,传声器与体表皮肤的耦合形式不同,会给测量结果带来不同程度的影响。2.初级放大模块。从心音呼吸音传声器输出的是非常微弱的交流小信号,根据我们使用的驻极体电容式传声器的敏感度,心音信号的幅值为:30-60mV,这种大小的信号不能满足滤波模块的要求,必须进行信号的放大处理。华成英在模拟电子技术基础（第四版）1中指出“因为制作不同形式的集成电路，只是所用的掩膜不同，增加元器件并不增加制造工序，所以集成运放允许采用复杂的电路形式，以达到提高个方面性能的目的。”因此，选用集成运放效果会更好。这里使用的是运算放大器芯片LM324。电路
6、如图2. 图2 单电源运放 初级放大模块电路。通过电阻、电容和+5V电源传声器供电;电容有两个作用:作为隔直电容,使电容两端直流电压不会相互干扰,二作为耦合电容,交流小信号可以通过电容传送给后面的运算放大器,进行电压放大。3.滤波模块。设计要求心音的频率范围是0.5-100Hz,主要集中在20-100Hz范围内,所以我们可构造带通波滤波器网络,截止频率分别是0.5Hz和100Hz,20Hz以下基本为直流信号,对心音信号影响也可以忽略,所以不专门设计高通滤波器。4.二次放大模块。在滤波模块后我们又设置了二次放大模块,进行信号的再放大处理,不会把一些干扰噪声也同时放大,提高信号的信噪比。在再放大模
7、块中我们仍然使用运算放大器芯片LM324。我们在设计运放时都是采用的单电源，因为我们的电源是电池，用双电源不现实，正如Bruce carter在a single-supply Op-Amp Circuit collection 12中指出“One of the biggest problems for designers of op-amp circuitry arises when the circuit must be operated from aSingle supply”从二次放大模块出来的信号可分两路:一路外接处理器对信号进行数字化处理,另一路送到功率放大模块驱动耳机。5.AGC模
8、块。为了使输入处理器的信号峰峰值在1vpp，应该增加AGC环节，AGC环节的本质是将信号进行负反馈处理,参考678。三、小结电子听诊器的研究是为了辅助医生进行诊断病症，通过电子听诊器不仅可以实现快速诊断，并且可以实现远程诊断，减少误诊。只要数据库内有充足的病例数据，原理上可以立即检测出任何病症。这需要生物声信号的采集尽量准确，并把有用信号提取出来，对声音采集的要求较高。因此，要提高性能就需要在选择元器件和电路上着手。要达到便携的目的，就需要选用低功耗器件，要达到准确度高，就需要有好的滤波电路和好的算法。四、参考文献 1.华成英、童诗白.模拟电子技术基础（第四版） 高等教育出版社 2.王昊、李昕
9、.集成运放应用电路设计360例 电子工业出版社 3.毛学军.液晶模块应用 电子工业出版社 4.单正娅、赵德安 新型可视电子听诊器的研究 5.康华光.电子技术基础 模拟部分（第五版） 高等教育出版社 6.王永龙.基于自动增益控制的声信号处理电路 J仪表技术与传感器 7.袁孝康.自动增益控制与对数放大器 国防工业出版社 8.德州仪器应用报告.有源滤波器设计 文献编号：SLOA049 9.德州仪器应用报告.对Sally-Key滤波器的分析 文献编号：SLOA024 10.王毓银.数字电路逻辑设计（第二版） 高等教育出版社 11.RonMancini（Ed）.Op Amps for everyone 文献编号：SLOD006 12.a single-supply Op-Amp Circuit collection 文献编号：SLOA058
