模拟电子技术是工科大学电子信息类专业的重要专业基础课之一[1],课程实验是实践教学环节的重要组成部分,是学生学习和掌握课程知识不可或缺的重要环节[2]。原有的模拟电路实验教学内容依附理论知识,以验证性实验为主,教学内容与实际工程问题脱节,难以适应学科的发展需求,难以真正提升学生的探索兴趣和动手能力[3]。针对这种情况,笔者在课程设计环节设计了研究综合型实验项目,让学生进行独立自主设计并完成实施,从而更好地激发学生学习兴趣,让其掌握研究方法,提升研究能力。该实验项目符合工程教育和新工科背景下,对学生科技创新能力培养的需求[4]。
本设计将电子听诊器的心音听诊电路设计引入实验环节,作为模拟电子技术课程设计的一个研究综合型实验项目,要求学生利用硬件实现低功耗、低成本和高信噪比的心音听诊电路,对采集的心音信号进行一系列处理后得到清晰的心音信号。该实验能够激发学生的实践兴趣,有助于学生利用课程知识进行综合设计,能够培养学生的研究探索精神和动手能力。
1 心音听诊原理及电路组成
2 心音听诊电路设计
3 实验实施及结果
4 结语
笔者将心音听诊电路引入实验教学,可应用于模拟电子技术综合实验和电子技术综合设计课程。实验通过自制传感器、设计和制作心音信号调理、回放电路完成心音信号的采集,并驱动耳机播放心音。测试结果表明,该设计能准确采集心音信号,采用低噪声运放能够获得很高的信噪比。实验实施过程中,学生需自行完成各模块原理图设计并利用实验室提供的资源完成电路设计,再根据实际情况调整电路的设计参数,进行系统联调。该实验项目可作为实践能力培养体系的一部分,在完成单片机课程及数字信号处理课程后,可结合MCU、蓝牙、手机App、上位机进行电子听诊器的设计,实现心率测量、畸变检测等功能,从而融合更多课程知识,进一步培养学生综合能力。
参考文献
[1] 张涛,黄大刚,包秀娟,等.Analog Discovery 2在模拟电子技术实验案例中的应用[J].实验技术与管理,2020,37(7):176-179.
[2] 刘艳,朱昌平,宋凤琴,等.模拟电子技术实验教学中的学生实践能力培养[J].实验技术与管理,2010,27(2):110-112.
[3] BASSEM F,MATTEW R,MONA H.A Gbps Building-to-Building VLC Link Using Standard CMOS Avalanche Photodiodes[J].IEEE Photonics Journal,2017,9(6):1-6.
[4] 钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究,2017(3):1-6.
[5] IBRAHIM R HANNA,MARK E SILVERMAN.A history of cardiac auscultation and some of its contributors[J].The American Journal of Cardiology,2002,90(3):259-267.
[6] MUKHERJEE A,PATHAK N,ROY A.Heart Murmur Detection using Fractal Analysis of Phonocardiograph Signals[J]. International Journal of Computer Applications,2014(88):30-35.
[7] SILVERMAN B,BALK M.Digital Stethoscope-Improved Auscultation at the Bedside[J].American Journal of Cardiology,2019.
[8] MCGEE S.Auscultation of the Abdomen - ScienceDirect[J]. Evidence-Based Physical Diagnosis (Third Edition), 2012: 453-456.
[9] 陈洁,张俊琦,孙树平,等.正常心音的第一、第二心音频率检测[J].生物医学工程研究,2008(2):114-117,120.
[10] LENG S,TAN R S,CHAI K T, et al.The electronic stethoscope[J]. Biomedical Engineering Online,2015,14(1):66.
[11] SONG D D,JIA L J,LU Y,et al.Heart Sounds Monitor and Analysis in Noisy Environments[C].InternationalConference on Systems and Informatics,Yantai,China:IEEE,2012:1677-1681.
[12] LENGS,TANRS,CHAIKT,et al.The electronic stethoscope[J]. Biomedical Engineering Online,2015,14(66):1-37.
[13] 郭兴明,张文英,袁志会,等.基于EMD关联维数和多重分形谱的心音识别[J].仪器仪表学报,2014,35(4):827-833.
[14] 樊容.低噪声电子听诊器的设计[J].电子设计工程,2014,22(24):130-133.
张冰洋 黄霞 中南民族大学实验教学与实验室管理中心 |