中原工智能心音檢測設(shè)計(jì)

1、 測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題目名稱：智能心音檢測 學(xué)院名稱：電子信息學(xué)院 班 級：測控技術(shù)與儀器 學(xué) 號：201200454120 學(xué)生姓名： 李 振 指導(dǎo)教師： 常 靜 智能心音檢測摘要：用AT89C51設(shè)計(jì)一檢測范圍在5-600Hz的智能心音檢測儀，本系統(tǒng)主要由兩部分組成：模擬部分和數(shù)字部分。模擬部分是心電回路由心電電極、前置放大、光電隔離、濾波電路、電平抬升電路和后置放大電路組成，主要是將人體獲得的微弱心電信號變成沒有負(fù)值的、干擾和噪聲較小的、放大使周期信號可以改變單片機(jī)管腳電平，從而利用單片機(jī)中的計(jì)數(shù)器記下心跳的頻率。數(shù)字部分是在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行，將采集到的頻率數(shù)據(jù)處理后輸出到四位

2、LED段碼顯示上，要求實(shí)時(shí)監(jiān)測，數(shù)據(jù)可靠精度高。關(guān)鍵詞：單片機(jī) 濾波 計(jì)時(shí)器 放大器Abstract:Using AT89C51 to design a detection range in 5-600Hz intelligent heart sound detection instrument, this system mainly consists of two parts: analog and digital parts. Analog part is the electrical circuit by ecg electrodes, preamplifier circuit, pho

3、toelectric isolation, filtering, level up, circuit and the circuit is placed after the main is to obtain a weak electrical signals into the human body that has no negative, interference and noise smaller, put ambassador periodic signal can change MCU pin level, thus in the single-chip microcomputer

4、is used to write down the heartbeat frequency counter. Digital part is inside the single chip microcomputer, the frequency of the collected data processing after four output to the LED display on the section of the code, for real-time monitoring, data and reliable with high precision.Keywords: Singl

5、e chip microcomputer filter The timer amplifier目錄引言 11.心音檢測的發(fā)展21.1聽診器21.2聽診器的發(fā)展21.3現(xiàn)代新一年監(jiān)測點(diǎn)發(fā)展22.總體設(shè)計(jì) 33硬件設(shè)計(jì)43.1前置放大器 43.2去工頻干擾陷波電路 43.3比較器及后級放大電路 53.4顯示電路 63.5報(bào)警電路 84軟件設(shè)計(jì) 85調(diào)試及結(jié)果 96心得體會 97參考文獻(xiàn) 11附件 12程序 12電路圖16測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐課程實(shí)踐引言目前，國際上關(guān)于心音和心肌收縮能力的研究更體現(xiàn)了心音檢測和分析的重要性。由于“第一心音輻值的大小與心肌收縮能力的強(qiáng)弱密切相關(guān)，故可以用第一心音輻值的變化

6、趨勢來評估心力儲備（Cardiac Reserve指心輸出量隨機(jī)體代謝需要而增長的能力），心臟耐力”。理論分析表明：第一心音輻值的大小主要決定于心室收縮是產(chǎn)生的壓強(qiáng)能的大?。欢搲簭?qiáng)能的大小主要由心肌收縮力的強(qiáng)弱來決定。動物實(shí)驗(yàn)及有創(chuàng)和無創(chuàng)的臨床實(shí)驗(yàn)研究表明：第一心音輻值的變化和左心室壓力上升最大速率的變化成正相關(guān)。肖守中等提出用相對值法來建立心音輻值參數(shù)，利用第一心音輻值S1的變化趨勢來量度心肌收縮能力和評估心血管疾病患者和健康人的心力儲備。并且在長期的臨床實(shí)驗(yàn)中，總結(jié)并提出了心音圖運(yùn)動試驗(yàn)，把完成規(guī)定運(yùn)動量運(yùn)動后S1輻值對安靜時(shí)S1輻值的倍數(shù)定義為心肌收縮能力儲備指數(shù)，并在國際上首次提出了

7、“心力變異性的概念”，它指在各相繼的心動周期之間，心肌收縮力在不斷變化，并在不同因素作用下表現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。在不同運(yùn)動量負(fù)荷下運(yùn)動會引起S1輻值的變化，其中蘊(yùn)藏著心肌收縮能力和心力儲備信息。把不同運(yùn)動負(fù)荷下運(yùn)動后S1輻值對安靜是S1輻值增加的相應(yīng)倍數(shù)定義為心力變化趨勢，據(jù)此評估受試者的心力儲備狀態(tài)。所以對于心音的定量分析顯得由為重要。1.心音檢測的發(fā)展1.1聽診器一個(gè)圓圓的金屬探頭，連接著一根橡皮管子，然后分叉，分別通過兩個(gè)金屬耳塞一直介入到醫(yī)生的耳朵里這就是聽診器。聽診器作為我們要設(shè)計(jì)的心音檢測儀的鼻祖，從誕生但現(xiàn)在的200多年的時(shí)間里，作為臨床上的一個(gè)重要的診斷工具，發(fā)揮了巨大的作用。

8、1.2聽診器的發(fā)展1.2.1雷奈克發(fā)明聽診器1816年9月13日，一個(gè)比較偶然的機(jī)會，從小孩子的游戲中得到靈感，解決了困擾他的一個(gè)重要的醫(yī)學(xué)問題，更是發(fā)明了震驚當(dāng)時(shí)的醫(yī)學(xué)界，惠利之后醫(yī)學(xué)界的一個(gè)重要的工具聽診器。1.2.2發(fā)展為現(xiàn)在比較常見的樣子，剛發(fā)明的聽診器不是現(xiàn)在這個(gè)樣子，經(jīng)過很多醫(yī)學(xué)界的天才的改進(jìn)，終于變成了當(dāng)今的這個(gè)樣子，在接下來的一百年里基本上沒怎么發(fā)生變化。1.2.3電子聽診器雖然聽診器在使用過程中存在很多問題，但是在當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)力水平和科技水平下，沒法改進(jìn)，而且一般的疾病通過聽診器可以判斷，到了現(xiàn)代，微電子科技迅猛發(fā)展，于是電子聽診器應(yīng)運(yùn)而生，它在聲音的準(zhǔn)確度和對噪聲的處理上有著

9、普通聽診器無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。1.3現(xiàn)代心音檢測的發(fā)展比電子聽診器更高級的專門進(jìn)行心音檢測的就是心音檢測儀，它有著更多的更先進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)。信號調(diào)整電路設(shè)計(jì)采用了硬件電路和軟件結(jié)合的技術(shù)，主要應(yīng)用在：（1）用軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了自動調(diào)節(jié)顯示波形的輻值，也可以任意放大或縮小并能對心音信號時(shí)限進(jìn)行放大或縮小。（2）信號模擬濾波和數(shù)字濾波相結(jié)合，以達(dá)到更優(yōu)的濾波效果。（3）自動補(bǔ)償零點(diǎn)漂移，用軟件方法補(bǔ)償由傳感器和放大器產(chǎn)生的溫漂和時(shí)漂。主要體現(xiàn)以下功能：（1）窗口化軟件設(shè)計(jì)，界面友好，功能齊全，操作方便，易于擴(kuò)展。（2）實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)采樣與信號波形顯示，操作者可以根據(jù)需要設(shè)置參數(shù)和選擇喜歡的顯示風(fēng)格。（3）設(shè)計(jì)了一個(gè)

10、友好的圖形界面供使用者進(jìn)行手動分析，通過操作鼠標(biāo)或鍵盤移動屏幕上的測試標(biāo)線，能夠靈活方便地測試信號波形的間期，輻值，斜率參數(shù)。保留傳統(tǒng)的手動測試方法，是對自動信號分析的驗(yàn)證和補(bǔ)充。（4）應(yīng)用小波分析技術(shù)和醫(yī)學(xué)專家知識編制了自己信號分析程序，可以對第一心音輻值和心臟的收縮期和舒張期自動識別。（5）建立了病歷檔案管理數(shù)據(jù)庫，存儲患者基本情況，測試得到的數(shù)據(jù)，分析結(jié)果及醫(yī)生診斷意見等內(nèi)容，為病因查詢，分類，統(tǒng)計(jì)工作提供數(shù)據(jù)資料。（6）打印檢測報(bào)告程序具有打印預(yù)覽功能，能夠控制打印機(jī)輸出包括心音輻值，時(shí)限，心音波形以及病人的有關(guān)資料。2.總體設(shè)計(jì)本次的課程設(shè)計(jì)要求用AT89C51設(shè)計(jì)一檢測范圍在5-6

11、00Hz的智能心音檢測儀，本系統(tǒng)主要由兩部分組成：模擬部分和數(shù)字部分。模擬部分是心電回路由心電電極、前置放大、光電隔離、濾波電路、電平抬升電路和后置放大電路組成，主要是將人體獲得的微弱心電信號變成沒有負(fù)值的、干擾和噪聲較小的、放大使周期信號可以改變單片機(jī)管腳電平，從而利用單片機(jī)中的計(jì)數(shù)器記下心跳的頻率。數(shù)字部分是在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行，將采集到的頻率數(shù)據(jù)處理后輸出到四位LED段碼顯示上，要求實(shí)時(shí)監(jiān)測，數(shù)據(jù)可靠精度高。流程圖如下:濾波除雜LED顯示前置放大探頭采集心音圖1 3.硬件設(shè)計(jì)3.1前置放大器由于人體心電信號是頻率范圍約為0.05 Hz150 Hz、幅度約為0-4 mV的低頻微弱信號，且測量時(shí)

12、噪聲背景卻很強(qiáng)，故需前置放大。電路如圖2 信號為1mv，二級放大5000倍。圖2前置放大電路3.2去工頻干擾陷波電路在自動化測量控制領(lǐng)域，各種參數(shù)的測量將直接關(guān)系到工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量,尤其在超精密儀器儀表的測量中，對測量精度的要求非常嚴(yán)格，如果測量裝置工作在電源變壓器或輸電線路附近，采集信號往往會受到工頻電磁場（50Hz）及其諧波的干擾，從而增加了獲取精準(zhǔn)信號的難度。傳統(tǒng)傳感器測量技術(shù)的噪聲抑制能力和溫度特性相對都比較差，不能滿足高精度測量對抗干擾能力的要求。因此，在對低頻微弱信號的智能數(shù)據(jù)采集中，具有抗工頻干擾的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已成為關(guān)鍵技術(shù)之一。工頻干擾是心音的主要干擾，雖然前置放大電路有很

13、強(qiáng)的共模抑制作用，但部分干擾是差模方式進(jìn)入電路，且頻率處于心音范圍內(nèi)，因此仍存在很大干擾必須專門剔除，電路如下圖3。圖3 去工頻干擾電路3.3比較器及后級放大電路在經(jīng)過前置放大和陷波電路后，信號還要經(jīng)過一個(gè)比較器，經(jīng)過比較器，將信號變?yōu)榉讲ㄐ盘枺瑥亩_保輸入單片機(jī)的觸發(fā)信號準(zhǔn)確、可靠。圖4 比較器經(jīng)過陷波器后的信號幅值可能有衰減，幅值過低會導(dǎo)致計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確，所以在陷波電路后要先檢測信號，若幅值過低，則在后邊加一放大電路，使信號有效，若幅值達(dá)到要求，則不用加后置放大。3.4抬高電路由于出來的信號，不能被單片機(jī)識別，需要把3.3v方波電壓抬高到5v，設(shè)計(jì)電路如下：3.5顯示電路顯示電路由AT89C5

14、1及LED顯示組成，在單片機(jī)中利用它的兩個(gè)定時(shí)器T1和T0，其中T0作為定時(shí)器，T1作為計(jì)數(shù)器，計(jì)算定時(shí)時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)數(shù)，從而在程序中算出一秒中的周期數(shù)，即為心電頻率。LED斷碼表如下，為共陽極，也可用共陰極，但斷碼表不同。表一顯示字符共陽極段選碼dp gfedcba顯示字符共陽極段選碼dp gfedcba 0 C0H A 88H 1 F9H B 83H 2 A4H C C6H 3 B0H D A1H 4 99H E 86H 5 92H F 8EH 6 82H P 8CH 7 F8H y 91H 8 80H 8. 00H 9 90H“滅” FFH顯示電路如下圖5：注意：其中的的P0.0到P0.7

15、口要接上拉電阻保證端口穩(wěn)定性，且時(shí)鐘電路的晶振取為11.0592KHz，這是與計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)程序相匹配的。計(jì)算如下：T=(216-T1)*12/12MHzus=1s=0.05s解得：T1=15536然后循環(huán)二十次，得到一秒的時(shí)間。在化為十六進(jìn)制即可得計(jì)時(shí)初值，其中T為計(jì)時(shí)時(shí)間，T1為計(jì)時(shí)初值。圖5 顯示電路3.6報(bào)警電路當(dāng)被測頻率大于設(shè)定值時(shí)，使報(bào)警器或報(bào)警燈報(bào)警，從而提示使用者注意心率異常狀況，提早處理，如上圖的P1.0口接的報(bào)警燈，報(bào)警器可同樣連接。4.軟件設(shè)計(jì)T1開始計(jì)數(shù)的同時(shí)T0開始計(jì)時(shí)，在T0計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)時(shí)間到1s時(shí)，T0中斷響應(yīng)，在中斷程序中提取T1計(jì)時(shí)時(shí)間，計(jì)算計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)如下：X=TH1*

16、256+TL1然后計(jì)算各個(gè)位的顯示數(shù)據(jù)如下：千位=X/1000；百位=（X/100）%10;十位=（X/10）%10；個(gè)位=X%10:；等待中斷位選移位是返回否四位都顯示完?中斷返回位選輸出，顯示取對應(yīng)的段碼取要顯示的數(shù)字顯示調(diào)用 重新賦計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)初始值調(diào)用顯示程序分離個(gè)十百千位，分別存到顯示緩沖區(qū)計(jì)算計(jì)數(shù)值中斷響應(yīng)中斷允許，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)允許，開始計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)TH1、TL1TH0、TL0賦初值寫入T0、T1工作方式字開始程序流程圖如下中斷流程圖主程序流程圖顯示程序流程圖5.調(diào)試及結(jié)果軟硬件聯(lián)合調(diào)試是一件復(fù)雜的事，要求軟件與硬件相匹配，其中有幾點(diǎn)是調(diào)試的難點(diǎn):（1） 因?yàn)檩斎胄盘柡芪⑷酰呛练壍?，所?/p>

17、放大電路要失真小，放大倍數(shù)大約在200倍左右。（2） 陷波電路的要求比較高，不容易調(diào)試出，要濾除50Hz工頻波，且不影響有效的波。（3） 比較電路的比較電壓要適中，如果前部有失真，要特別注意比較電壓的選取。（4） 因?yàn)楸倦娐凡捎?1.0592Hz的晶振頻率，所以程序生成的的.hex文件也要設(shè)置成一樣的頻率，否則會出錯。（5） 單片機(jī)輸出段碼口要接上拉電阻，保證輸出電位穩(wěn)定。最終調(diào)試出來的測量范圍是0Hz-999Hz，誤差0。6. 心得體會這個(gè)學(xué)期我們學(xué)習(xí)了測試技術(shù)這門課程，它是一門綜合應(yīng)用相關(guān)課程的知識和內(nèi)容來解決科研、生產(chǎn)、國防建設(shè)乃至人類生活所面臨的測試問題的課程。測試技術(shù)是測量和實(shí)驗(yàn)的技

18、術(shù)，涉及到測試方法的分類和選擇，傳感器的選擇、標(biāo)定、安裝及信號獲取，信號調(diào)理、變換、信號分析和特征識別、診斷等，涉及到測試系統(tǒng)靜動態(tài)性能、測試動力學(xué)方面的考慮和自動化程度的提高。通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)單片機(jī)方面的知識，在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。在做實(shí)驗(yàn)前,一定要將課本上的知識吃透,因?yàn)檫@是做實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ),否則,在做實(shí)驗(yàn)時(shí)你就會迷茫,這將使你在做實(shí)驗(yàn)時(shí)的難度加大,浪費(fèi)做實(shí)驗(yàn)的寶貴時(shí)間.你要清楚各種處理電路的

19、接法,如果你不清楚,在做實(shí)驗(yàn)時(shí)才去摸索,這將使你極大地浪費(fèi)時(shí)間,使你事倍功半.做實(shí)驗(yàn)時(shí),一定要親力親為,務(wù)必要將每個(gè)步驟,每個(gè)細(xì)節(jié)弄清楚,弄明白,實(shí)驗(yàn)后,還要復(fù)習(xí),思考,這樣,你的印象才深刻,記得才牢固,否則,過后不久你就會忘得一干二凈,這還不如不做.做實(shí)驗(yàn)時(shí),課本上的知識都可以轉(zhuǎn)化為實(shí)際,拓寬我們的眼界,使我們認(rèn)識到這門課程在生活中的應(yīng)用是那么的廣泛.在課程設(shè)計(jì)過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐

20、過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會及他人對你的認(rèn)可！我認(rèn)為，在這學(xué)期的實(shí)驗(yàn)中，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實(shí)驗(yàn)課上，我們學(xué)會了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國提

21、倡的艱苦奮斗一樣，我們都可以在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后變的更加成熟，會面對需要面對的事情。在這次實(shí)驗(yàn)中，我學(xué)到很多東西，加強(qiáng)了我的動手能力，并且培養(yǎng)了我的獨(dú)立思考能力。特別是在做實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，因?yàn)樵谧鰯?shù)據(jù)處理時(shí)出現(xiàn)很多問題，如果不解決的話，將會很難的繼續(xù)下去一些基本操作;還有畫圖時(shí)，也要用軟件畫圖，這也要求懂得proteas軟件的插入元器件。有時(shí)仿真總是出現(xiàn)問題，細(xì)心一點(diǎn)就會發(fā)現(xiàn)，自己錯在沒理解書本意思，測控電路書上的內(nèi)容都是有用的，而且用途很大，范圍廣，我頗為震驚。7.參考文獻(xiàn)1祁宏巖，馮麗媛，景偉鵬，MCS51單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社201.92郭天祥，51單片機(jī)C語言教程，電子工業(yè)出版社，20

22、09.123魯連綱，濾除50Hz工頻干擾的濾波電路設(shè)計(jì)，遼寧師專學(xué)報(bào)，2012.34溫子琪，劉志峰，冼安生，林秩謙，李益鴻，51單片機(jī)C語言創(chuàng)新教程，北京航空大學(xué)出版社，2011.45楊學(xué)昭，王東云，單片機(jī)原理、接口技術(shù)及應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社，2009.26陳中平，51單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)經(jīng)典實(shí)例，電子工業(yè)出版社，2012.5附錄由于一分鐘時(shí)間太長，定十秒。程序：#include#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dula=P26;sbit wela=P27;sbit rs=P35;sbit wr=P36;sbit lcden=P