在COVID-19大流行这样重要的情况下,医生是最容易从患者那里感染病毒的人员。
因此,不断地为医生提供和配备许多先进和高科技设备,努力保证他们的生命和健康的最大安全。
据我们所知,个人防护装备是主要的第一道防线,医生可以保护他们免受COVID-19患者的伤害。但是,医生在诊断过程中经常接近患者,这是感染的一个基本原因。
任何医生必须执行的最基本的诊断程序是用听诊器检查病人的心率。
在使用听诊器时,医生不可避免地要接近病人的嘴和身体。
这肯定会给医生带来很高的风险,尤其是如果患者是COVID - 19的嫌疑人。
然而,科学技术是一个从来没有脱离想法的领域,上述情况也不例外。
蓝牙听诊器就是这样一种设备,它可以使医生或任何医务人员使用普通的移动耳机在安全距离内检查病人的心跳。
你需要什么
要制作一个蓝牙心率监视器电路,你需要以下基本成分:
- 一个蓝牙发送电路与3.5毫米插孔适配器
- 一种MIC放大电路
- 适用于上述装置的外壳,可用皮带连接。
蓝牙发射器可以从任何网上商店购买。下面是一个典型的例子:
工作的概念
下面的框图解释了MIC放大器的主要基本阶段。
所提出的无线蓝牙听诊器电路的工作概念相当简单:
- 心脏跳动的声音脉冲击中MIC, MIC将其转换成等效的电脉冲。
- 这些电脉冲被集成运放放大到适当的水平。
- 放大后的信号被送入蓝牙传输器输入端,蓝牙传输器将其转换为无线蓝牙信号。
- 传输的蓝牙信号被调谐的移动电话捕获,并将其转换回可听到的信号。
- 通过移动耳机转换的蓝牙数据被关注的医生用来诊断病人的心率和相关疾病。
心跳频率和工作
我们心跳的声音是以半周期波形的形式出现的,这种波形是由于心脏跳动时血液的剧烈运动而产生的。
正常情况下,健康人的一个心跳声是由随后的两次脉冲产生的,即第一心音(S1)和第二心音(S2),如下图所示:
图片来源:心跳波形
每组脉冲持续约100毫秒,这实际上足以进行任何相关的医学分析。
此外,因为脉冲的频率在20和150赫兹之间,它变得方便地检查在第1和第2音乐八度内的波形。
这需要一个低通滤波器设计根据心率的频率规格,如下所述:
低通滤波器的设计
通常,一个心音可能伴随着来自身体其他器官的各种背景噪音。因此,调节数据成为确保音频传输得到有效处理的一项重要工作。
其基本原因是低通滤波器就是确保只有真正的心跳频率被系统放大,而其他不需要的频率被屏蔽。
此外,心音可能包含几个更高的频率,有更大的变化。因此,不可预测脉冲的滤波和噪声消除成为一项重要的工作。实现这一点最简单的方法是通过低通滤波器。
设计的fpass = 250 Hz和fstop = 400 Hz的低通滤波器提供了一个很好的范围来控制上述解释的场景。
由于我们在设计中已经有一个基于有源运放的放大器,低通级可以通过一个普通RC无源滤波器实现,如下所示:
在上述低通滤波电路中,任何超过350赫兹的频率都将被严重衰减。
截止结果可以用以下公式进行调整或验证;
fc= 1 /(2πRC), R是欧姆,C是法拉。
关键的MIC放大器设计
MIC放大器的设计是至关重要的,必须确保它只放大低频心率,并阻止其他更高频率的干扰。
对于MIC,我们使用流行的驻极体麦克风,它是所有基于麦克风的电路应用的推荐设备。
对于放大器,我们使用一个标准基于LM386的放大电路.
蓝牙听诊器发射机电路整体电路如下图所示:
电路是如何工作的
蓝牙心跳声发射机的工作原理如下:
在R1和C1的交接处,心跳的声音敲击电MIC被转换成微小的电信号。
R1作为MIC内部场效应晶体管的偏置电阻。
C2确保只允许MIC脉冲的交流内容通过下一阶段,而直流内容被阻止。
等效于心跳声的交流脉冲通过音量控制槽R2输入到LM386放大电路,随后使用R4、C6的低通滤波器。
低通滤波器确保只有真正的心跳频率被LM386电路放大,而剩余的不需要的条目被抑制。
放大的输出是通过C4负极和地线产生的。
可以看到蓝牙发射器与LM386放大级的输出集成在一起,用于无线蓝牙转换放大的心跳信号。
如何测试蓝牙听诊器电路
由于蓝牙发送模块是一个现成的测试单元,它的工作是有保证的。
因此,唯一需要测试和确认的是LM386电路。
这是通过检查放大器的输出通过一对耳机,如下所示。
MIC必须整齐地夹在患者胸部附近,那里的心跳声最明显。
现在,只要电路通电,就可以通过耳机听到心脏跳动的声音。
如果声音有问题或不清楚,尝试优化参数,直到声音清楚。这可以通过调节音量控制罐,和/或电容C2的值来实现。电路的电源电压也可以调整为相同的。
必须注意的是,MIC不能振动或摩擦其所连接的人的身体,否则可能在输出时产生大量不必要的干扰,模糊了实际的心跳声。
通过手机确认检查结果
耳机测试成功后,可以用蓝牙发射器替换耳机。
接下来,蓝牙发射器将需要与接收单元配对,接收单元可以是智能手机或任何移动电话。
一旦配对并通电,来自放大器的信号将被蓝牙单元捕获,并传输到空气中,供附近的蓝牙设备接收数据。
配对的手机现在将像一个远程无线蓝牙听诊器一样工作,使医生或医疗专业人员能够分析病人的心跳,而不需要对病人进行实际检查。该设备可确保医护人员100%安全,避免因患有COVID - 19或类似传染病的患者可能引起的感染。
- 警告这个概念还没有经过实际的测试,但是,由于这个想法是非常基本的,作者相信电路将工作,并产生预期的结果,一些微小的调整。
- 此外,该电路不能用作治疗或诊断真正的病人的医疗设备,除非和直到电路经过授权实验室的测试和批准。
安德鲁说
这真的很有见地。至少电子工程师在这种危急情况下可以发挥作用。
非常感谢。
Swagatam说
非常感谢!感谢你宝贵的反馈。
迈克尔·肯尼说
我请求你的帮助。
我正在努力为非洲开发呼吸机和其他设备,我是一个非盈利机构。我想融入一些技术。我需要帮助。在这种情况下,我想缩小频率范围,以消除虚假信号。
在一个更广泛的问题上。如果你能对我的想法提出建议支持我,我将非常感激。这场covid - 19大流行非常残酷。我需要帮助。但是我没有钱
Swagatam说
您好,我没有太多关于呼吸机电子的信息,所以我很难为您的查询建议一个合适的解决方案。
Abhi说
蓝牙听诊器可以使用LM386音频放大模块代替这个电路吗?
Swagatam说
是的,你可以!
Biju说
我们只是将麦克风连接到模块,还是需要一个单独的电路?
Swagatam说
你必须在LM386电路中使用驻极体MIC
驻极体麦克风如何工作-完整的教程和图表
Biju说
谢谢。你认为这条线路能行吗?我打算做一个检查胸部充血。
Swagatam说
根据我的理解和知识,电路应该像文中所解释的那样工作。
鲁伊说
我已经找了7个月的图表,没有找到它,我可以把图片放在评论上,谢谢和如何,问候瑞德pinho
Swagatam说
你可以尝试上面文章中解释的概念。