基于mydaq的電子聽診器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　螞衿袂肆薇袈羄芁蒃袇膆肄葿袆袆荿蒞袆羈膂蚄裊肀莈薀襖膃膁蒆羃袂莆莂羂羅腿蟻羈肇莄薇羀艿膇薃羀罿蒃葿薆肁芅蒞薅膄蒁蚃薄袃芄蕿薄羆葿蒅蚃肈節(jié)莁螞膀肅蝕蟻羀芀蚆蝕肂膃薂蠆膅荿蒈蚈襖膁莄蚈羆莇螞蚇聿膀薈螆膁蒞蒄螅袁膈莀螄肅莃莆螃膅芆蚅螂裊蒂薁螂羇芅蕆螁肀蒀莃袀膂芃螞衿袂肆薇袈羄芁蒃袇膆肄葿袆袆荿蒞袆羈膂蚄裊肀莈薀襖膃膁蒆羃袂莆莂羂羅腿蟻羈肇莄薇羀艿膇薃羀罿蒃葿薆肁芅蒞薅膄蒁蚃薄袃芄蕿薄羆葿蒅蚃肈節(jié)莁螞膀肅蝕蟻羀芀蚆蝕肂膃薂

2、蠆膅荿蒈蚈襖膁莄蚈羆莇螞蚇聿膀薈螆膁蒞蒄螅袁膈莀螄肅莃莆螃膅芆蚅螂裊蒂薁螂羇芅蕆螁肀蒀莃袀膂芃螞衿袂肆薇袈羄芁蒃袇膆肄葿袆袆荿蒞袆羈膂蚄裊肀莈薀襖膃膁蒆羃袂莆莂羂羅腿蟻羈肇莄薇羀艿膇薃羀罿蒃葿薆肁芅蒞薅膄蒁蚃薄袃芄蕿薄羆葿蒅蚃肈節(jié)莁螞膀肅蝕蟻羀芀蚆蝕肂膃薂蠆膅荿蒈蚈襖膁莄蚈羆莇螞蚇聿膀薈螆膁蒞蒄螅袁膈莀螄肅莃莆螃膅芆蚅螂裊蒂薁螂羇芅蕆螁肀蒀莃袀膂芃螞衿袂肆薇袈羄芁蒃袇膆肄葿袆袆荿蒞袆羈膂蚄裊肀莈薀襖膃膁蒆羃袂莆莂羂羅腿蟻羈肇莄薇羀艿膇薃

3、羀罿蒃葿薆肁芅蒞薅膄蒁蚃薄袃芄蕿薄羆葿蒅蚃肈節(jié)莁螞膀肅蝕蟻羀芀蚆蝕肂膃薂蠆膅荿蒈蚈襖膁莄蚈羆莇螞蚇聿膀薈螆膁蒞蒄螅袁膈莀螄肅莃莆螃膅芆蚅螂裊蒂</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　題 目： 基于myDAQ的可視電子聽診器設(shè)計(jì) </p><p>　

4、　學(xué) 院： 電子與信息工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 通信工程 </p><p>　　學(xué)生信息： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p>

5、<p>　　日 期： 2012-7-3 </p><p>　　摘要： 聽診器作為一種醫(yī)生常用的醫(yī)療設(shè)備，可以幫助醫(yī)生通過心跳的情況判斷患者的患病情況，而老式的電子聽診器由于只是簡單的通過物理通道傳送到人的耳朵，往往難以捕捉到人體內(nèi)部臟器發(fā)出的一些微弱但卻非 常重要的生物聲，致使醫(yī)生無法及時(shí)做出診斷，且診斷的依據(jù)主要根據(jù)醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)，準(zhǔn)確性較差

6、。而電子聽診器心電信號通過拾音器采集，信號通過放大電路、低高通濾波電路、音頻放大器后聽到放大后的心音信號。此設(shè)備具有良好的分析波形能力，能夠?qū)⒃O(shè)置好的頻率段以外的聲音頻率濾除，故可以清晰的得到放大以后的心音信號，這樣有助于醫(yī)務(wù)人員提高初診的準(zhǔn)確度。本次課程設(shè)計(jì)我們就按照這樣的思路設(shè)計(jì)簡單的電子聽診器，并且通過myDAQ采集到電腦通過Labview的信號處理及分析，實(shí)現(xiàn)對波形的觀看以及心率的測量。</p><p>

7、　　關(guān)鍵詞：電子聽診器，labview，matlab，myDAQ，心率</p><p><b>　　目錄 </b></p><p><b>　　1．項(xiàng)目描述</b></p><p>　　1.1 課程設(shè)計(jì)題目以及要求</p><p>　　1.2 電子聽診器的發(fā)展</p><

8、;p>　　1.3 心音基礎(chǔ)知識以及異常和相干疾病</p><p>　　2.電子聽診器的設(shè)計(jì) </p><p>　　2.1 整體模塊簡介 </p><p>　　2.2 硬件部分 </p><p>　　2.2.1 探頭的選擇 </p><p>　　2.2.2 外圍電路的設(shè)計(jì) </p>

9、<p>　　2.2.3 MyDAQ設(shè)備的介紹 </p><p>　　2.3 軟件部分 </p><p>　　2.3.1 軟件工具的介紹 </p><p>　　2.3.2 Labview程序的介紹 </p><p>　　2.3.3 心率

10、的測量以及相應(yīng)的代碼 </p><p><b>　　3.性能綜述 </b></p><p>　　3.1 聽診器的功能及使用方法</p><p>　　3.2 聽診器的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　3.3 所用

11、器件匯總</p><p><b>　　4.實(shí)驗(yàn)總結(jié)</b></p><p><b>　　5.參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　1，項(xiàng)目描述</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目以及要求</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)的題目是基于m

12、yDAQ的可是電子聽診器的設(shè)計(jì)，要求有以下內(nèi)容，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)電子聽診器，借助NI公司的myDAQ設(shè)備進(jìn)行信號的采集，利用LabVIEW軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、處理和顯示，集聽診和心電信號監(jiān)測功能于一體，實(shí)時(shí)記錄并顯示心率及心音圖?；疽螅阂懿杉囊粜盘?，實(shí)現(xiàn)心音信號的去噪、識別和分析功能。發(fā)揮部分：實(shí)現(xiàn)心音信號的存儲(chǔ)和回放。</p><p><b>　　電子聽診器的發(fā)展</b></p

13、><p>　　法國著名醫(yī)學(xué)家，“胸腔醫(yī)學(xué)之父”雷內(nèi)克于1816年發(fā)明了第一臺木笛子式的單耳聽診器，通過象牙管和橡皮管來擴(kuò)大音量。之后的一個(gè)世紀(jì)，單耳聽診器經(jīng)英國醫(yī)師喬治·菲利普·卡門以及凱爾改良，發(fā)展成為了可以產(chǎn)生立體音響效果的復(fù)式聽診器。隨著20世紀(jì)科技的迅速發(fā)展，目前所使用的非電子聽診器的性能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了最初的樣品，并且成為了內(nèi)外婦兒醫(yī)師最常用的診斷用具。但是，目前最為廣泛應(yīng)用的老式聽診器，

14、雖然制作及使用方法簡單，但該工具需要醫(yī)生與患者進(jìn)行近距離接觸且診斷效果與醫(yī)生雙耳聽力有關(guān)，人耳往往難以捕捉到內(nèi)部臟器發(fā)出的一些微弱但非常重要的生物聲，致使診斷的主觀性大、準(zhǔn)確性低。從另一角度講，人耳對聲音的敏感是聲強(qiáng)于頻率的綜合效應(yīng)，因而一些病理特征難以捕捉。電子聽診器應(yīng)運(yùn)而生，并且發(fā)展迅速，成為現(xiàn)代醫(yī)療場所必備的醫(yī)用設(shè)備，相信隨著科技的發(fā)展，電子聽診器會(huì)朝著更加智能更加簡單更加人性化的方向發(fā)展。</p><p>

15、;　　心音基礎(chǔ)知識以及異常和相干疾病</p><p>　　心臟收縮舒張時(shí)產(chǎn)生的聲音，可用耳或聽診器在胸壁聽到，亦可用電子儀器記錄下來 ?？煞譃榈谝恍囊?第二心音 第三心音 第四心音 。從心臟產(chǎn)生的心音經(jīng)過組織的介導(dǎo)傳到胸壁表面，其中以骨傳導(dǎo)最好，血液和肌肉次之，肺和脂肪組織最差，所以在肺氣腫和肥胖的患者從胸壁聽錄到的心音較正常人為輕，振幅低。正常心臟在舒縮活動(dòng)中產(chǎn)生的心音頻率為1～800Hz。人聽覺比較敏感的是其

16、中40～400Hz的頻帶，20Hz以下的振動(dòng)人耳聽不見。心音強(qiáng)度、頻率及相互關(guān)系可以反映心瓣膜、心肌功能及心內(nèi)血流的狀況。在正常心臟，心臟噴血速度加快等因素可產(chǎn)生生理性雜音。在心臟與大血管病變時(shí)，心肌收縮力改變、心瓣膜口狹窄或關(guān)閉不全，或心內(nèi)血流速度變化，均可使心臟舒縮活動(dòng)中振動(dòng)，幅度或頻率發(fā)生明顯變化，改變正常心音的強(qiáng)度、頻率，還可產(chǎn)生異常的心音或心臟病理性雜音。這些變化有助于診斷心臟血管病，觀察病情、推斷疾病發(fā)生的病理生理，選擇治療

17、方法，估計(jì)預(yù)后等。 異常心音包括第一第二心音的增強(qiáng)減弱和分裂，通過相應(yīng)的心音可以判斷患者相應(yīng)的疾病。</p><p>　　2，電子聽診器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1整體模塊介紹</b></p><p>　　聽診器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。該可視聽診器由采集處理和波形顯示二部分組成，具體由聲音傳感器、信號調(diào)理采樣電路和顯示電路組成。借助N

18、I公司的myDAQ設(shè)備進(jìn)行信號的采集，利用LabVIEW軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、處理和顯示，集聽診和心電信號監(jiān)測功能于一體，實(shí)時(shí)記錄并顯示心率及心音圖。其中拾音頭為一個(gè)電阻隨電容改變的傳感器，調(diào)理即是外部電路，包括電壓跟隨器，反向放大器，低通濾波器，其他兩個(gè)不再介紹。</p><p><b>　　2.2硬件部分</b></p><p>　　2.2.1探頭的選擇</p

19、><p>　　探頭包括傳統(tǒng)探頭和聲音轉(zhuǎn)換兩部分。</p><p><b>　　1）傳統(tǒng)探頭</b></p><p>　　傳統(tǒng)聽診器前端是一個(gè)面積較大的膜腔，體內(nèi)聲波鼓動(dòng)膜腔后，聽診器內(nèi)的密閉氣體隨之震動(dòng)，而塞入耳朵的一端，由于腔道細(xì)窄，氣體震動(dòng)幅度就比前端大很多，由此放大了患者體內(nèi)的聲波震動(dòng)。在聽診器材質(zhì)和設(shè)計(jì)的選擇上需要考慮一下幾個(gè)方面：聽診頭與

20、身體的接觸面越大，拾取的音效越好。但是，人體表面有弧度，若胸件過大，聽頭不能完全與人體接觸，音響不僅不能很好地拾取，還會(huì)從空隙瀉漏出去，因此，聽診頭的大小應(yīng)基于臨床需要。本產(chǎn)品選用的聽診頭直接為50mm。傳導(dǎo)管路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于隔音。對于隔音材料，要減弱透射聲能，阻擋聲音的傳播，就不能如同吸音材料那樣多孔、疏松、透氣,相反它的材質(zhì)應(yīng)該是重而密實(shí)的，如鋼板、鉛板、磚墻等一類材料。隔音材料材質(zhì)的要求是密實(shí)無孔隙或縫隙；有較大的重量。由于這類隔

21、音材料密實(shí),難于吸收和透過聲能而反射能強(qiáng)，所以它的吸音性能差。我們所采用的聽診器傳導(dǎo)部分的材質(zhì)為橡膠管。</p><p><b>　　2）聲音轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　聲音轉(zhuǎn)換部分用到的為一個(gè)拾音頭，其實(shí)就是一個(gè)傳感器，通過外部的因素改變傳感器電阻的大小，從而改變傳感器兩端電壓，便實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)到電的轉(zhuǎn)換。開始我們選用了壓電式薄膜傳感器，但是不知道什么原因傳感器壞

22、了，后來我們選用了電容式話筒，電容式話筒聲波作用在振膜上引起振動(dòng)，從而改變兩極板間電容量的變化，引起極板上電荷量的改變，電荷量隨時(shí)間變化形成高變電流，流經(jīng)電阻R上在兩端產(chǎn)生壓降，在經(jīng)過放大器輸出高變信號。電容式話筒特點(diǎn)是頻響寬、靈敏度高，非線性失真小，瞬態(tài)響應(yīng)好，也是電聲特性最好的一種話筒。缺點(diǎn)是防潮性差，機(jī)械強(qiáng)度低，價(jià)格稍貴，使用稍麻煩。</p><p>　　2.2.2外圍電路的設(shè)計(jì)</p>&

23、lt;p><b>　　1）傳感器設(shè)計(jì)：</b></p><p><b>　　目的分析：</b></p><p>　　老式的聽診器是直接聽聲音信號，而本次設(shè)計(jì)的目的就是將聲音信號轉(zhuǎn)化成電信號，然后再處理，處理以后在聽聲音信號和觀察波形。經(jīng)過試驗(yàn)，我門發(fā)現(xiàn)拾音頭的效果較好，選擇拾音頭。</p><p><b>

24、　　原理圖：</b></p><p><b>　　2）電壓跟隨器設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　目的分析：</b></p><p>　　傳感器后想連接放大器，需要先連接電壓跟隨器。電壓跟隨器具有具有輸入阻抗很高，幾乎不從信號源吸取電流；輸出主抗很小，可視作電壓源，是較理想的阻抗變換器。</p&g

25、t;<p><b>　　原理圖：</b></p><p>　　電壓跟隨器是根據(jù)是一種特殊的同相放大器，放大倍數(shù)約等于1.</p><p><b>　　電路圖仿真：</b></p><p>　　輸入正弦交變電流Vsin，其中VAMPL=1mv，VOFF=0，F(xiàn)RE=200HZ.</p><p

26、><b>　　瞬態(tài)分析：</b></p><p><b>　　輸入波形：</b></p><p><b>　　輸出波形;</b></p><p><b>　　交流分析：</b></p><p>　　使正弦電壓的AC=1mv，DC=0。</p&g

27、t;<p><b>　　輸入主抗：</b></p><p><b>　　輸出阻抗：</b></p><p><b>　　性能分析：</b></p><p>　　由仿真圖可以看出，輸入主抗很高，達(dá)到1TΩ，輸出主抗很低，為幾十毫歐姆。可以滿足要求。</p><p>

28、<b>　　4）放大器設(shè)計(jì)：</b></p><p><b>　　目的分析：</b></p><p>　　由傳感器采集的信號，幅度很微弱，較難測量。為了便于測量，需要將信號線性放大。由運(yùn)放構(gòu)成的差分放大器具有雙端輸入-單端輸出、共模抑制比高的特點(diǎn)，通常用作傳感器放大器或測量儀器的前端放大器。</p><p><b&g

29、t;　　原理圖：</b></p><p>　　選用LF353為放大器，工作原理如下：由心臟發(fā)出的聲音經(jīng)傳感器采集到以后，通過V-輸入，其中R5為反饋電阻；。則電路的增益：Av=Vout/Vin= - R5/R4;</p><p><b>　　3.電路圖仿真：</b></p><p>　　在放大器兩端輸入正弦交變電流Vsin，其中VA

30、MPL=1mv，VOFF=0，F(xiàn)RE=200HZ.。</p><p>　　3.1 瞬態(tài)分析：</p><p><b>　　輸入電壓波形：</b></p><p><b>　　輸出電壓波形：</b></p><p><b>　　3.2交流分析</b></p>&l

31、t;p>　　使正弦電壓的AC=1mv，DC=0;</p><p><b>　　性能分析：</b></p><p>　　經(jīng)仿真放大器增益滿足要求，而且?guī)捄軐?，可以根?jù)實(shí)際需要調(diào)整電阻R5參數(shù)，改變增益。</p><p><b>　　4）低通濾波器設(shè)計(jì)</b></p><p><b>

32、　　目的分析：</b></p><p>　　經(jīng)放大器放大的信號，帶有噪聲，有熱噪聲等與心音信號疊加，心音的頻率為0~600HZ，需要用低通濾波器去噪。</p><p><b>　　原理圖：</b></p><p>　　理想的低通濾波器很難實(shí)現(xiàn)，只能用實(shí)際的特性去逼近理想的。設(shè)計(jì)二階壓控電壓源低通濾波器，本設(shè)計(jì)使用的是Butterwt

33、h最大平坦響應(yīng)法，選用TI公司的LF353運(yùn)放。根據(jù)心音頻率的范圍，可以確定截止頻率fc=600HZ，從截止頻率fc、參數(shù)K、電容C的關(guān)系圖中，取C=0.15uF，對應(yīng)的參數(shù)K=1,滿足 ；設(shè)定增益Av=2，可得C1=C=0.15u。查巴特沃斯響應(yīng)設(shè)計(jì)表，K=1時(shí)，R1=1.126KΩ，R2=2.250KΩ，R3=6.752KΩ，R4=6.752KΩ；因?yàn)閰?shù)K=1，所以電阻就取以上值。為了更好的使截止頻率為fc接近600HZ，適當(dāng)?shù)恼{(diào)

34、整了部分元件的參數(shù)。</p><p><b>　　電路圖仿真</b></p><p>　　在濾波器輸入端輸入正弦交變電流Vsin，其中VAMPL=50mv，VOFF=0，F(xiàn)RE=200HZ。</p><p>　　AC=50mv，DC=0。</p><p><b>　　性能分析：</b></p&

35、gt;<p>　　經(jīng)仿真從頻率特性圖可以看出，增益Av=2，當(dāng)增益下降到 時(shí)所對應(yīng)的頻率為602HZ,滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　2.2.3 myDAQ設(shè)備的介紹</p><p>　　由美國國家儀器公司發(fā)布，它是適合大學(xué)工程類課程的 myDAQ便攜式儀器設(shè)備。 可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室之外，隨時(shí)隨地實(shí)踐工程創(chuàng)新。此設(shè)備由NI設(shè)計(jì)，并采用了由德州儀器提供的模擬電路芯片，包含數(shù)

36、據(jù)轉(zhuǎn)換器、放大器、各種接口及電源管理器件。NI myDAQ硬件與LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件的結(jié)合，在降低工程教育成本的同時(shí)讓學(xué)生能夠與真實(shí)的模擬電路，傳感器測量以及實(shí)際信號處理進(jìn)行實(shí)踐性交互?！皩W(xué)生應(yīng)該要有更多的機(jī)會(huì)來實(shí)踐并體驗(yàn)真實(shí)的電路和硬件，然而，工程類專業(yè)的教授們卻苦于要面對緊縮的預(yù)算和使用實(shí)際電子設(shè)備不斷攀升的花費(fèi)的矛盾，NI myDAQ的高性價(jià)比，使學(xué)生們外借實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備成為可能，學(xué)生們無需跑到實(shí)驗(yàn)室使用設(shè)備，便可在家里

37、、在宿舍、在公園、甚至在任何地方與自己的筆記本電腦連接，與他們身邊真實(shí)工程對象進(jìn)行親密接觸。 設(shè)備緊湊的設(shè)計(jì)使得它可以被放進(jìn)口袋中隨身攜帶并且使用USB總線進(jìn)行供電，NImyDAQ是一款專為學(xué)生量身定制的測量、分析與控制設(shè)備，為那些希望學(xué)生在課后作業(yè)以及課外學(xué)習(xí)當(dāng)中進(jìn)行動(dòng)手實(shí)踐的教授們提供了完美的解決方案。NI myDAQ通過提供8種基于LabVIEW的儀器來幫助教師和學(xué)</p><p>　　1.數(shù)字萬用表（DM

38、M）控制NI myDAQ中的基本DMM功能?？梢詫?shí)現(xiàn)電壓（直流和交流）、電流（直流和交流）和電阻測量，二極管測試，以及蜂鳴導(dǎo)通測試。</p><p>　　2.示波器（Scope）可以顯示電壓數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化，用于對NI myDAQ的模擬輸入通道所采集到的一到兩路電壓信號進(jìn)行波形顯示.</p><p>　　3.信號發(fā)生器（FGEN）生成標(biāo)準(zhǔn)波形，如：正弦波、方波、三角波等。FGEN使用 NI

39、 myDAQ螺絲端子連接板上的AO0端口。</p><p>　　4.可編程電源（VPS）可以在ELVIS的Supply+端口輸出0至12V電壓，并在Supply-端口輸出0至-12V電壓。VPS還可以在預(yù)先設(shè)定的起始和終止電壓值之間進(jìn)行掃描式輸出。</p><p>　　5.波特分析儀（Bode）可以生成波特圖用于信號分析。它結(jié)合NI myDAQ的信號發(fā)生器的掃頻功能以及模擬輸入功能，實(shí)現(xiàn)完

40、整的波特圖。</p><p>　　6.動(dòng)態(tài)信號分析儀（DSA）將采集到的模擬信號或者音頻波形轉(zhuǎn)換至頻域。這樣可以對NI myDAQ所采集到的電壓信號進(jìn)行頻域分析。</p><p>　　7.任意波形發(fā)生器（ARB）使用NI myDAQ的模擬輸出端口生成電壓信號。你可以使用NI波形編輯器軟件，創(chuàng)建或者導(dǎo)入各種信號類型至ARB。</p><p>　　8.數(shù)字信號讀取器（D

41、igIn）可以通過NI myDAQ的數(shù)字線端口讀取數(shù)字信號。數(shù)字信號讀取器可以同時(shí)對四個(gè)或者八個(gè)數(shù)字線上的信號進(jìn)行讀取。</p><p><b>　　2.3軟件部分</b></p><p>　　2.3.1軟件工具的介紹</p><p>　　1）Labview </p><p>　　LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國

42、國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程

43、序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 LabVIEW 則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI指虛擬儀

44、器，是 LabVIEW 的程序模塊。 LabVIEW 提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如</p><p><b>　　2）Matlab</b></p><p>　　MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLA

45、B和Simulink兩大部分。MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟

46、件的先進(jìn)水平?！ATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,</p><p>　　2.3.2 Labview程序的介紹</p

47、><p>　　Labview是一種圖形化編程語言，由美國NI公司研制開發(fā)。它提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器類似的控件，可以用來方便地創(chuàng)建用戶界面。在這次設(shè)計(jì)中，我們的主體程序用Labview編程，實(shí)現(xiàn)了顯示，播放波形以及計(jì)算心率功能。下面通過對各個(gè)功能實(shí)現(xiàn)的闡述分別介紹主程序的后面板與前面板。</p><p><b>　　1，后面板</b></p><p>

48、;<b>　　信號的采集</b></p><p>　　心音信號通過MyDAQ后由模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，再通過USB接口連接，傳入電腦。電腦中的數(shù)字信號還需一定的處理才能轉(zhuǎn)入Labview中。這時(shí)我們用到了DAQ助手，由拾音頭采集到的信號通過myDAQ的VI0的輸入端輸入，這樣便把信號采集到了電腦中，然后就可以通過Labview對信號進(jìn)行處理及分析</p><p>&

49、lt;b>　　信號的處理</b></p><p>　　由于外部電路設(shè)計(jì)的是一個(gè)低通濾波器，并沒有實(shí)現(xiàn)對頻率較低的噪聲的濾除，故在Labview中添加一個(gè)高通濾波器，濾除一些不需要的低頻率，由于心音的頻率從40Hz開始，故設(shè)置低截止頻率為40Hz，通過實(shí)驗(yàn)證明，這個(gè)頻率的設(shè)置還是相對合適的。</p><p>　　波形的顯示以及心音的播放</p><p&g

50、t;　　通過濾波器出來的信號便可以直接通過接一個(gè)示波器和一個(gè)播放波形控件進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對波形的顯示以及心音的播放。</p><p>　　通過比較更加直觀清晰的觀察心音圖</p><p>　　由于觀測到的波形中噪聲并沒有完全消除，觀察波形時(shí)并不是那么美觀和清楚，而心音信號的幅度與噪聲的幅度相對之間差別還是很大的，故設(shè)置一個(gè)比較器，通過觀察選擇一個(gè)合適的 值，進(jìn)而選擇出我們需要的心音信號，這樣使我們

51、更加清晰的觀察波形。</p><p>　　信號存儲(chǔ)為txt格式的文件</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算心音頻率的功能，需要txt文件來保存心音數(shù)據(jù)。Labview里的Write to Spreadsheet File函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)寫入txt文件的功能。存儲(chǔ)的txt格式的文件實(shí)際上是一個(gè)二維數(shù)組，它將被matlab調(diào)用實(shí)現(xiàn)對頻率的計(jì)算。</p><p><b>

52、;　　心率部分</b></p><p>　　Labview自帶調(diào)用MATLAB的函數(shù)MATLAB Script，將代碼寫進(jìn)該結(jié)構(gòu)，得到如圖所示，輸出項(xiàng)選擇為一個(gè)一維數(shù)組，即為計(jì)算得到心率數(shù)。該結(jié)構(gòu)輸出端是一維數(shù)組count，并放入平鋪式順序結(jié)構(gòu)里，這樣計(jì)算心率與之前的顯示無關(guān)，保證了程序執(zhí)行的速度。其中第二行便是調(diào)用了之前生成的txt格式的文件。在Labview中調(diào)用MATLAB Script的前提是

53、自己的電腦里必須安裝了matlab，否則是無法調(diào)用的。</p><p><b>　　后面板整體</b></p><p><b>　　2，前面板</b></p><p><b>　　按鈕部分</b></p><p>　　生成txt格式文件的按鈕</p><p&

54、gt;<b>　　心音信號采樣設(shè)置</b></p><p><b>　　設(shè)置采樣率和采樣數(shù)</b></p><p>　　濾波器低截止頻率的設(shè)置</p><p>　　設(shè)置高通濾波器的低截止頻率</p><p><b>　　比較電壓的設(shè)置</b></p><p&

55、gt;<b>　　心跳頻率的顯示</b></p><p><b>　　波形的顯示</b></p><p>　　其中上面為經(jīng)過濾波后的波形，下面為經(jīng)過濾波再經(jīng)過比較器之后的波形。</p><p><b>　　前面板整體</b></p><p>　　2.3.3 心率的測量以及相應(yīng)的

56、代碼（參考）</p><p>　　心率的計(jì)算通過MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)，設(shè)計(jì)的思路是：首先設(shè)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值將整個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)圖截取出只有第一和第二心音。由于第一心音和第二心音之間的距離小于第二心音與下一周期的第一心音的距離 ，因而我們在之后取一定的樣本點(diǎn)，確定第二心音和下一次心跳的第一心音之間的間隔 。將這個(gè)間隔作為標(biāo)準(zhǔn)，對所有樣本點(diǎn)進(jìn)行檢索，每測出一次間隔，其長度大于標(biāo)準(zhǔn)值我們即可視為心臟跳動(dòng)一次，從而進(jìn)行計(jì)數(shù)。最后通

57、過采樣率和樣本數(shù)量得出采樣時(shí)間，從而得出心率。但是由于我們并沒有將60秒鐘所有的樣本點(diǎn)讀出，而只是選取10秒左右的長度，而誤差難免存在。 </p><p><b>　　代碼如下：</b></p><p>　　clear all; </p><p>　　x=load('C:\ sound\sound1.txt');</p&g

58、t;<p>　　L=size(x);t=L(1)/1000;</p><p>　　y=zeros(size(x));</p><p><b>　　i=2; </b></p><p>　　while(i<L(1))</p><p>　　if(x(i)>x(i+1)&&x(i)>

59、;x(i-1))</p><p>　　y(i)=x(i);</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　i=i+1;</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　i=2;temp=0;</p&

60、gt;<p>　　while(i<L(1))</p><p>　　if(y(i)<mean(x)+0.2)</p><p>　　y(i)=0; </p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　i=i+1;</b></p><

61、;p><b>　　end</b></p><p>　　j=1000;i=1;</p><p>　　record1=0;record2=0;</p><p>　　while(i<j) %fix(1.5*samplerate)*0)</p><p>　　if(y(i)==0)</p>&l

62、t;p>　　temp=temp+1;</p><p>　　else if(temp>record1)</p><p>　　record2=record1;</p><p>　　record1=temp;</p><p><b>　　temp=0;</b></p><p>　　else

63、temp=0;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　end i=i+1;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　i=1;temp=0;count=0;</p><p>　　while(i<L(1))</

64、p><p>　　if(y(i)==0)</p><p>　　temp=temp+1;</p><p>　　else if(temp>(record1+record2)/2)</p><p>　　count=count+1;temp=0;</p><p>　　else temp=0;</p><p&

65、gt;<b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　i=i+1;</b></p><p>　　end count=count*60/t; </p><p><b>　　3,性能綜述</b></p

66、><p>　　3.1聽診器的功能以及使用方法</p><p>　　1）采集：本設(shè)計(jì)方案使用了老式聽診器的探頭，利用傳音效果極好的膠管傳遞心音并且屏蔽拾音頭周圍的噪音。拾音頭中的咪頭性能良好，探測的頻率響應(yīng)范圍為20~20kHz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了心音信號的頻率范圍，所以可以視為已采集到了全部的心音信號。 </p><p>　　2）模數(shù)轉(zhuǎn)換：本設(shè)計(jì)方案采用NI MyDAQ作為數(shù)模

67、轉(zhuǎn)換的工具。分別將拾音器的紅色電源正接到MyDAQ的AI0+ 接口，黑色接地負(fù)接到AI0-接口 。利用MyDAQ自帶的DAC可以將拾音頭傳來的電壓信號轉(zhuǎn)換成電腦可接受并處理的數(shù)字信號。 </p><p>　　3）波形顯示與播放以及存儲(chǔ)：我們采用Labview做出用戶圖形界面，可以按需要選擇采樣率實(shí)時(shí)顯示心音波形，并對波形進(jìn)行放大縮小等操作。同時(shí)，通過Labview還可以將保存過wav格式的心音播放出來，方便醫(yī)生依

68、據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)來診斷病人的病情。由于時(shí)間短暫，僅僅把波形存儲(chǔ)成為txt格式文件，并沒有實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)為wav格式文件的功能。</p><p>　　4）心率計(jì)算：本設(shè)計(jì)采用LABVIEW的MATLAB script節(jié)點(diǎn)的方式引用MATLAB程序來實(shí)現(xiàn)心率的計(jì)算。醫(yī)生或者患者通過心率計(jì)算功能可以較為準(zhǔn)確地得到病人的心率，從而其對生理狀況有一個(gè)初步的判斷。</p><p><b>　　5）使用

69、方法</b></p><p>　　設(shè)置采樣率為1000，采樣數(shù)為10000，低截止頻率為40，比較電壓值為2.0V，然后按下采集按鈕，把傳統(tǒng)探頭貼到胸腔附近，然后在前面板點(diǎn)擊運(yùn)行，停一會(huì)之后便可以聽見自己的心跳聲音然后顯示頻率。</p><p>　　3.2聽診器的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p><b>　　優(yōu)點(diǎn)：</b></p>

70、<p>　　1.能夠采集到全部可能頻率范圍內(nèi)的心音信號，并且實(shí)時(shí)顯示 </p><p>　　2.可以儲(chǔ)存為txt 格式，從而可以滿足隨需要利用MATLAB、Labview等軟件進(jìn)行心音信號處理的要求。</p><p>　　3可以計(jì)算心率，雖然還是有誤差的存在</p><p><b>　　缺點(diǎn)：</b></p>&l

71、t;p>　　1.播放功能無法實(shí)現(xiàn)采集信號的同時(shí)實(shí)時(shí)播放，采集若干秒之后才會(huì)播放 </p><p>　　2，沒有實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)為wav格式的功能，醫(yī)生不能觀察病情的發(fā)展</p><p>　　3.對于心音的濾波和去噪還有待加強(qiáng) </p><p><b>　　3.3所用器件匯總</b></p><p><b>　　4

72、，實(shí)驗(yàn)總結(jié)</b></p><p>　　傳感器，開始我們用的是壓電式薄膜傳感器，可是每次測量時(shí)都不出現(xiàn)我們期待出現(xiàn)的波形，最后我們找了其他組同學(xué)進(jìn)行討論，然后選擇了他們所在用的傳感器，然后又買了一個(gè)傳統(tǒng)的聽頭，這個(gè)看起來簡單的部分，我們卻在這上面困了三天，存不不前，到了這個(gè)瓶頸，幸虧有同學(xué)和老師的幫組，我們還是順利的采集到了信號。</p><p>　　外圍電路，傳感器選擇好之后

73、，我們接上三級電路之后，在最終輸出端并沒有信號輸出，這是我們遇到的第二個(gè)難題，我們屢次嘗試卻都得不到結(jié)果，最后發(fā)現(xiàn)是自己采用的查分電路的緣故，于是我們換成反向放大電路，才把信號輸入到電腦里。</p><p>　　心率的測量，最初我們是想找一個(gè)電壓來比較從而得出心率，但我們發(fā)現(xiàn)這種方法不僅在Labview上無從實(shí)現(xiàn)，而且就算實(shí)現(xiàn)了也有很大的誤差，最后我們就參照指導(dǎo)老師發(fā)給我們的資料，調(diào)用matlab來實(shí)現(xiàn) 對心率的

74、計(jì)算。</p><p>　　最后通過本次課程設(shè)計(jì)，細(xì)節(jié)是決定一切的問題，只有把每個(gè)細(xì)節(jié)都做到完美，由每個(gè)細(xì)節(jié)組成的整體才可以完美的工作和運(yùn)行，還有在這個(gè)課程設(shè)計(jì)中我們懂得了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，一個(gè)人的力量往往是渺小的，多個(gè)人在一起交流思想，可以是問題得到更好更快的解決。</p><p><b>　　5參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　謝自美，

75、電子線路綜合設(shè)計(jì)，華中科技大學(xué)出版社，2006-6</p><p>　　康華光，《電子技術(shù)基礎(chǔ)：模擬部分（第五版）》，高等教育出版社，2006</p><p>　　康華光，《電子技術(shù)基礎(chǔ)：數(shù)字部分（第五版）》，高等教育出版社，2006</p><p>　　羅杰，電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測試，電子工業(yè)出版社，2008</p><p>　　劉勝等，L

76、abVIEW2009程序設(shè)計(jì)，電子工業(yè)出版社，2010</p><p>　　百度百科，百度文庫，docin，doc88相關(guān)資料網(wǎng)站</p><p>　　袆肂荿薂袆膅膂蒈裊襖莈莄襖羆膁螞羃聿莆薈羂膁腿蒄羈袁莄莀羀肅膇蝿羀膅蒃蚅罿羋芅薁羈羇蒁蕆薄肀芄莃薄膂葿螞蚃袂節(jié)薇螞羄蕆蒃蟻膆芀葿蝕艿膃螈蠆羈荿蚄蚈肀膁薀蚈膃莇蒆螇袂膀莂螆羅蒞蟻螅肇膈薇螄艿莃薃螃罿芆葿螂肁蒂蒞螂膄芅蚃螁袃蒀蕿袀羆芃蒅衿肈蒈莁

77、袈膀芁螀袇羀肄蚆袆肂荿薂袆膅膂蒈裊襖莈莄襖羆膁螞羃聿莆薈羂膁腿蒄羈袁莄莀羀肅膇蝿羀膅蒃蚅罿羋芅薁羈羇蒁蕆薄肀芄莃薄膂葿螞蚃袂節(jié)薇螞羄蕆蒃蟻膆芀葿蝕艿膃螈蠆羈荿蚄蚈肀膁薀蚈膃莇蒆螇袂膀莂螆羅蒞蟻螅肇膈薇螄艿莃薃螃罿芆葿螂肁蒂蒞螂膄芅蚃螁袃蒀蕿袀羆芃蒅衿肈蒈莁袈膀芁螀袇羀肄蚆袆肂荿薂袆膅膂蒈裊襖莈莄襖羆膁螞羃聿莆薈羂膁腿蒄羈袁莄莀羀肅膇蝿羀膅蒃蚅罿羋芅薁羈羇蒁蕆薄肀芄莃薄膂葿螞蚃袂節(jié)薇螞羄蕆蒃蟻膆芀葿蝕艿膃螈蠆羈荿蚄蚈肀膁薀蚈膃莇蒆螇袂膀莂