便携式电子心音检测装置的设计 (1．广西计量检测研究院，南宁530022；2．广西气象影视中心，南宁530022) 陆 伟1 潘丽娜2 摘要本文研究实现具有心音采集、心音信号模拟处理和心率检测，以及单片机控制的心率显示等功能的 便携式电子心音检测装置。 关键词 心音信号检测；心音频率显示；单片机控制 DOI：10．3969／j．issn．1000-0771．2009．12．01l 0引言 心音信号是心脏在舒张和收缩运动中心肌、血 液和瓣膜机械振动产生的复合音，是时间、频率和 强度的j维矢量。心音检测是医生评估心脏功能 状态的最基本方法之一，目前心音检查主要依靠听 诊，心音图检查还不够成熟和普及。由于心音的产 生机制尚在争论之中，临床上很少单凭听诊就给出 诊断；听诊不能做出定量的分析结果，受医生的主 观性影响很大，而且人耳并不适合于心脏听诊，往 往只有经验丰富的心脏病专家才能通过听诊对心 脏功能状态做出正确的评价和诊断。因此，电子心 音检测装置的研究就显得尤其重要。本文主要研 究便携式电子心音检测装置的设计，包括心音信号 的采集和心率的显示，信号采集部分主要集中在模拟 电路的设计和制作上，心率显示部分主要为单片机电 路的设计和程序的编写，软件部分主要应用F盯(快 速傅立叶变换)技术对信号进行频域和时域处理。 1系统硬件设计 系统硬件电路原理图如图1所示。硬件设计建 立在Winbond公司的W78E58B单片机的基础上。 前端信号调理电路用于对信号的初步处理，主要包括 对信号的放大、高通低通滤波，有效去除部分干扰的 噪音，使得A／D转换更易于实现控制；处理后送人12 位的AD574，得到的数字信号从串口进入单片机，单 片机把实时采集的信号进行分析，控制LCD显示心 率；我们选用1602作为LCD显示，它是一种用5 X7 点阵图形来显示字符的字符型液晶模块。 本设计所选用的传感器为电阻式传感器，它制 作简单，灵敏度足够心音测量的使用。电阻传感器 万方数据 吝 感 八 号 转 信 V 理 V 电 换 =)| 单片机 调 八 卜I yl @ 传 器 号 信 电 路 I，CD 路 0 键盘 图1系统原理图 测量电路为直流电桥，是把电阻变化转换成电流或 电压变化的线路。生物医学仪器中的测量电桥一 般都是不平衡电桥，无生理信息输入时电桥保持平 衡状态，有信息输入时电桥将失去平衡。从传感器 出来的信号送人电压跟随器，起到缓冲的作用，把 前级和后级隔离开来，避免干扰。 心音信号为非平稳的易受杂音干扰的多波形 信号，它的频率范围主要集中在20—100Hz之间。 为了提取其有用信息，首先要用模拟电路对其进行 放大、滤波等处理。模拟信号调理电路主要包括信 号放大电路、高通滤波电路和低通滤波电路等。信 号送人高通滤波器，滤掉传感器的热电干扰，并经 过低通滤波器滤掉环境中的高频干扰。滤波部分 采用含运算放大器的有源滤波器进行多级的模拟 滤波，其中滤波器采用TL074CN电路芯片加RC构 成。由于采用有源滤波，级问耦合性能好，且电阻、 电容参数的计算合适、合理，实现级问信号反馈干 扰较少，以免干扰或信号引起自激。为了达到更好 的滤波效果以致听到从传感器出来并经过处理得 到更好的心音，采用每一级稍微加大频率响应的带 宽，然后利用多级耦合实现更好的模拟滤波窗口进 行信号处理滤波，达到更好的效果。心音信号频率 ·35· 

重叠的信号干扰很大，再加上受电磁辐射等各方面 的影响综合起来，从传感器的输出信号就是很多毛 刺的微弱信号，如果为传感器的供电电压不稳定， 或带负载能力差，易受外界干扰，纹波较大，这样会 大大增加传感器的输出纹波和噪音，使输出和输入 信号的毛噪音更大，还会影响原来的信号，使其根 本不能辨别和再处理，最坏时可能还会自激。凶 此，不同运算模块的不同电压供电的稳定性具有重 要的意义。 便携式电子心音检测装置的体积设计较小，这 就要求电源模块也特别小，包括电压分压、电压转 化和供电电池。由于电池输出电压不足，所以需要 用到升压稳压的模块，另一方面因为不同多块模块 的供电，也需要不同的多块的转压和稳压芯片，才 能保证整个电路在极小供电电池统一供电情况下 正常稳定地工作。由于不可能提供给运放芯片很 高的正负供电电压，所以必需考虑单电源供电，输 入地线采用电阻分压，并加电容滤波稳压。 为了达到简单、轻便的效果，整个电路板的制 作都采用轻小的贴片式芯片或贴片电容或贴片电 阻等，微型总电路板采用PCB(PrintedCircuitBoard) 设计，使整个电路板的制作体积面积达到最小。 2系统软件设计 系统软件采用单片机C语言编写，主要包括A／ D转换初始化、心率计算、键盘扫描和显示模块。图 2所示为SPACE总程序处理模块流程图，图3所示 为心率数据计算与处理程序流程图。 程序初始端口初始化 A／I)转化输入初始化 I 键盘扫描改变代表命令存储变量 I 对模似输入信号进行采样 I 心牢数据计算’J处理程序模块 I 心牢硅示 I 数据存储程序模块 图2 系统SPACE总程序处理模块流程图 ·36· 万方数据 图3心率数据计算与处理程序流程图 在这里采用一种键盘扫描方式和取得健值的 方法：在这个程序中，按键不是通过逐行扫描来确 定的，先把四根线作为扫描线，都送高电平，另外四 根作为接收线，先从接收线取一个数据keyfirst，然后 把接收线作为扫描线，送高电平，再把刚才的扫描线 作为接收线并取一个数据keylast，通过对这两个数据 的处理即可得知哪个键按下，最后把该值送给uiVal． ue，传给LCD进行显示。程序流程图如图4所示。 初始化 取得健值 进入Switch晤幻 键值处理并把处理的 数据传给ui Value变量 ui Value变量传给 F_Singlel。ed()函数进行显示 图4键盘扫描程序流程图 3实验结果分析 在实验中，本装置对10例不同的心音信号样本 进行检测分析，所得到的心率值如表l所示。实验 结果准确度较高，误差小，表明该装置基本上实现 进量蕉鲞至塑：№12 

了对人体心音信号的检测，并正确分析出心率值。 进行了合理的研究设计，减小了电磁场干扰，减小 62 69 72 74 80 83 85 87 91 95 62 69 72 74 80 83 85 86 9l 95 杂音，仿真效果令人满意，实际应用也基本满足最 终要求。 参考文献 [1]王文辉，陈端荣，等．便携式心音分析仪的研制．中国医疗器械 杂志，1994，18(1) O O 0 0 0 0 0 1．1 O O [2]杨国胜，王健琪．等．三维心音自动分析系统．医疗卫生装备， 表1 样本 (0：／min) 测量值 (次／rain) 相对误差 ％ 4小结 该便携式电子心音检测装置通过信号处理电 路和单片机控制电路的设计实现了对心率信号的 实时检测，不论模拟处理电路还是数字处理电路都 1996(1) [3]吴延军。徐泾平，等．心音的产生与传导机制．生物医学工程学 杂志，1996，13(3) [4]李勇等．基于连续小波变化的心音信号时频分析．清华大学学 报，2001．41(3) [5]吴凯，吴效明．多生理参数远程虚拟检测仪的设计与实现．微 计算机信息，2006，l(1) CNC齿轮测量中心数据采集系统的设计 王 强 王 军 马 强 唐文彦 (哈尔滨工业大学自动化测试与控制系，哈尔滨 150001) 摘要研制了一套应用于CNC齿轮测量中心的数据采集系统。本系统以FPGA为控制核心，采用了同步、 等间隔和高速数据采集关键技术。通过实际应用表明，系统对七路数据同步采集频率町达到10kHz，在保证齿轮测 量中心满足测量精度的条件下，测量速度可提高一倍，等间隔误差在1岬以内。 关键词齿轮测量中心；数据采集；FPGA DOIil0．3969／j．issn．1000—0771．2009．12．012 0引言 运动轴上的光栅数据，并传输给计算机处理，得到 被测工件测量点的数据(P。，P，，P；，菇，，，，z，0)，其中 CNC齿轮测量中心从80年代发展起来至今， P；，P，，P：代表三维测头x，y，z三个方向的数据，石， 以其测量精度高、速度快、功能强等优点，得到了迅 y，石，0代表x，y，Z，0轴的光栅数据，因此，某测量点 速的发展。目前，齿轮测量中测量精度和速度的提 空间坐标可表示为(P，+石，P，+Y，P：+z，0)，计算机 高是人们普遍关注的问题。为提高测量精度，采用 将一系列空间坐标点表示的被测工件的实际廓形 了三维测头代替一维测头；为提高测量速度，除了 与理论廓形比较，得到测鼍结果。 在机械结构上进行改进外，如采用直线电机代替滚 为保证在高速测量时测量点的准确性，需要数 珠丝杠结构，还需要有良好的数据采集系统，来保 据采集系统对测头信号和光栅信号高速同步采集， 证齿轮测量机在高速测量时数据的采集和传输。 一般的数据采集系统不能实现这种功能。因此，需 CNC齿轮测量中心的基本工作原理是：计算机 要针对CNC齿轮测量中心开发一套专用的数据采 根据被测工件的参数控制径向(x轴)、切向(1， 集系统，来满足实际需求。 轴)、轴向(Z轴)三个方向的直线轴和一个回转主 轴(0轴)的运动，使三维测头相对于被测工件产生 1数据采集系统概述 所需要的测量运动…。在测头沿工件表面运动过 程中，数据采集系统不断采集三维测头数据和四个 数据采集系统硬件电路结构如图l所示。FP- GA作为系统的核心，实现对A／D转换控制；光栅信 盐量蕉苤2Q塑：№12 万方数据 ·37· 

便携式电子心音检测装置的设计 作者： 陆伟， 潘丽娜 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数： 参考文献(5条) 陆伟(广西计量检测研究院,南宁,530022)， 潘丽娜(广西气象影视中心,南宁,530022) 计量技术 MEASUREMENT TECHNIQUE 2009，(12) 0次 1.王文辉,陈端荣,等.便携式心音分析仪的研制.中国医疗器械杂志,1994,18(1) 2.杨国胜,王健琪.等.三维心音自动分析系统.医疗卫生装备,1996(1) 3.吴延军,徐泾平,等.心音的产生与传导机制.生物医学工程学杂志,1996,13(3) 4.李勇等.基于连续小波变化的心音信号时频分析.清华大学学报,2001,41(3) 5.吴凯,吴效明.多生理参数远程虚拟检测仪的设计与实现.微计算机信息,2006,1(1) 相似文献(0条) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jljs200912011.aspx 下载时间：2010年3月12日