一种心音信号的数字处理方法
2、滤波、整形电路
具体电路如图3所示。前面提到,心音在20Hz~600Hz范围,所以必须将其它信号、噪声滤除掉。在放大电路的末级,采用了二阶压控电压源低通滤波器,滤除心音范围外的干扰信号,分频点设为:
f0=1/(2×3.14×RC)=600Hz
这样,心脏跳动的幅度很明显的分离出来。。
U8B是一个同相跟随器,用于增强带负载能力,使信号有足够的幅度提供给比较器。U8A、R17、R18、R19、R20和两只稳压二极管构成了一个滞回比较器。当输入信号受干扰或因噪声的影响而上下波动时,只要根据干扰或噪声电平适当调节滞回比较器两个门限电平的值,就可以避免比较器的输出电压在高低电平之间反复跳动。
3、单片机处理电路
单片机处理电路如图4所示,单片机选择89C51。经过比较器整形的波形,即心脏跳动次数的脉冲,送到单片机的T1脚。该脚对脉冲计数,在设定定时时间之后,将脉冲个数送累加器处理,再送到P2口显示。P2口作输出,P1口作位选,并用74LS07驱动。数码管采用7段共阴数码管。经过74LS07驱动的电平,通过上拉电阻提供电源,加到数码管对应的管脚。
四、硬件电路调试
调试时从信号发生器输出0Hz~2000Hz的正弦波用示波器观测硬件电路各观测点输出信号变化情况。首先可以观测到传感器采集到的信号包括很多频率成分,见图5。在滤波电路中通过调整R38、R39使截止频率逼近600Hz;通过调整R40、R41使Q值逼近0.707,直至观测到较为理想的输出响应,即心脏跳动的幅度很明显地凸现出来、几乎看不到杂波干扰为止,如图6所示。在整形电路中,只要适当调节电位器R19,即改变滞回比较器的门限电平,就能得到稳定的心脏跳动脉冲。最后再将心音传感器贴放在人体实测,使心率测量误差控制在±1次即可满足测量要求。
五、小结
采用这种电路设计的听诊器对声音的扩大能力是常规听诊器的14倍,合理的滤波电路设计大大减少了听诊部位边缘地带噪音的传入,并使医生更能有效区分心音和其它生理性声音。对于在噪音大的环境中看病的医生来说,采用这种处理电路可以得到非常理想的结果。
参考文献:
[1]丁元杰.单片微机原理及应用第2版[M].北京:机械工业出版社,1999
[2]何立民.单片机应用技术选编第1版[M].北京:北京航空航天大学出版社,1996
[3]黄贤武,郑筱霞.传感器原理与应用第6版[M].成都:电子科技大学出版社,2001
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