Как сделать электронный стетоскоп
Добавил пользователь Алексей Ф. Обновлено: 04.10.2024
Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.
Последние посетители 0 пользователей онлайн
Ну тогда хрен, а не 20 ватт. Ну а 10 можно и на 6П14П получить. Если выбор не велик то купите 2 шт. и сделайте моноблоки. Тогда мощности хватит.
да нифиг ему это. Будут электролиты у него хлопать. Потом объяснять, что нужно их последовательно включать, да большей ёмкости.
Стетоскопы ассоциируются, прежде всего, с медицинскими приборами, служащими для диагностирования заболеваний по шумам работы лёгких, сердца. Однако помимо этого они находят большое применение и в других областях, например, используются автомеханиками для выслушивания посторонних звуков при работе двигателя. А если стетоскоп будет обладать большой чувствительностью, то, закрепив его датчик на стене, можно будет легко услышать разговор людей по ту сторону стены – однако стоит помнить, что подслушивание чужих разговоров запрещено, да и просто аморально. Представленная схема стетоскопа как раз-таки и обладает высоким усилением, обеспечивающим хорошую чувствительность, особенно с хорошим датчиком.
Описание схемы
В первых двух каскадах стетоскопа используется малошумящий операционный усилитель OPA350, что весьма актуально, ведь лишний шум в звуковом тракте сделает полезный сигнал менее разборчивым. Указанный на схеме OPA350 довольно дорог, заменить его можно на дешёвый и доступный NE5532, который так же считается малошумящим, пусть и с ухудшением параметров – именно так я и сделал. Коэффициент усиления определяется номиналом резистора R18 в цепи обратной связи усилителя, номинал в 10 МОм может оказаться даже избыточен, при возникновении самовозбуждений или просто чрезмерной чувствительности его можно уменьшить.
На выходе операционного усилителя стоит переменный резистор – регулятор громкости. Практика показала, что нужная громкость достигается уже при небольшом угле поворота регулятора от минимума. Далее по схеме следует блок регулировки АЧХ и соответствующий регулятор, с его помощью можно корректировать АЧХ сигнала в области высоких частот, что в некоторых случаях поможет сделать принимаемый сигнал разборчивее. На последнем транзисторе собран повторитель, который коммутирует наушники, показанные на схеме в виде динамической головки. Выход схемы – моно, а наушники имеют вход под правый и левый канал, они просто соединяются параллельно. Использовать схему с подключенным на выходе динамиком бессмысленно, так как не получится избавится от акустической обратной связи, учитывая очень большое усиление схемы. Порой акустическая связь возникает даже с наушниками, если они находятся близко к датчику.
Напряжение питания схемы составляет 9..12 вольт, при этом важно, чтобы источник питания был максимально чистым и не давал пульсаций на выходе, так как они легко могут попасть в звуковой сигнал стетоскопа. Поэтому хорошим источником, в данном случае, будет батарейка на 9 вольт, учитывая, небольшой ток потребления схемы.
Датчик стетоскопа
Сборка конструкции
Собирается стетоскоп на довольно просторной печатной плате, которая будет приложена в архиве. Печатная плата предполагает использование выводных элементов, кроме операционного усилителя – он в SMD корпусе.
Выполнялась печатная плата обычным ЛУТ-методом, который неоднократно описывался в интернете. Переменные резисторы впаиваются прямо на плату, рядом с ними предусмотрены гнёзда 3,5 мм для подключения штекера наушников (выход) и пьезопластины (вход), питание подаётся по двум проводкам. Собранная плата без корпуса будет неплохо ловить наводки, особенно при приближении к сетевым проводам. Чтобы этого избежать, плату можно поместить в металлический корпус, который соединяется с землёй схемы, наружу вывести только экранированный провод до датчика. Собранный стетоскоп обладает действительно неплохими характеристиками, с его помощью можно отчётливо услышать разговор людей, находящихся через нетолстую стену, даже при использовании примитивного датчика.
Стетоскоп это устройство позволяющее услышать слабые звуки.
Обычно такими устройствами пользуются врачи (точнее разновидностью стетоскопа- фонендоскопом). Только просьба не путать стетоскоп с микрофонными усилителями: по сути принцип работы у них одинаков, но стетоскоп предназначен в основном для обнаружения механических колебаний за счет колебаний мембраны или, в случае электронного стетоскопа- колебаний пьезоэлемента.
При помощи стетоскопа можно услышать такие неисправности как
• Износ подшипников;
• Износ втулок;
• Стук клапанов;
• Стуки кривошипно-шатунного механизма;
• Стуки трансмиссии;
и это, несомненно, делает его хорошим помощником в ремонте автомобиля.
Схема, представленная здесь, имеет следующие характеристики :
• Номинальное напряжение питания: 8. 20 В;
• Номинальный ток потребления: 30 мА.
Схема электронного стетоскопа
Печатная плата с расположением деталей
Все входящие в набор компоненты устанавливаются на печатной плате методом пайки. Для удобства монтажа на плате показано расположение элементов. После сборки устройство не нуждается в настройке. Питание устройства осуществляется от батареи типоразмера "Крона", но возможно питать и от других источников постоянного тока напряжением 8…20 Вольт. После подачи питающего напряжения на устройство должен загореться светодиод питания. Перед подключением наушников, убедитесь что регулятор чувствительности (RV1) установлен в крайнее левое положение.
Звукоснимающий элемент (пьезокерамическая пластина) подсоединяется к устройству через коаксиальный кабель и устанавливается в корпус либо изолируется.
При пайке кабеля к пьезокерамической пластине нужно быть очень осторожным, так как металлизированная поверхность пьезокерамической пластины очень чувствительна к перегревам и может треснуть, что приведёт в негодность саму пластину.
Что бы этого избежать, рекомендуется использовать паяльник с низкой температурой, а также припой с низкой температурой плавления.
Для улучшения звукоснимающих качеств на пьезокерамическую пластину на сторону обратной стороне припайке кабеля припаивается металлический штырь.
Внимание: увеличение чувствительности должно производиться плавно, иначе есть риск повреждения органов слуха.
Вы можете приобрести электронный стетоскоп в виде набора для самостоятельной сборки (набор деталей и печатная плата), причем возможен и наложенный платеж вот по этой ссылке.
Заглянем внутрь упаковки
Заглянув внутрь, на редкость качественной картонной упаковки, мы обнаружим приятный на ощупь чехольчик с двумя девайсами. Тот, что побольше и вытянут как крокодил — бесконтактный термометр. Круглый же — наш сегодняшний пациент, стетоскоп.
С градусником ребята сильно промахнулись — мало того, что стабильность измерений у него оказалась крайне низка, так ещё и надёжность работы подкачала. Для реверсинженеринга мы купили бывший в употреблении прибор и бесконтактный градусник в нём оказался неисправным. Так что сосредоточим своё внимание на стетоскопе. Для начала присмотримся к соединительному кабелю.
Можно заметить, что с одной стороны он заканчивается аудиоджеком, а с другой microUSB разъёмом. Почему проще понять, если мысленно перенестись в 2012 — год появления стартапа на свет. В те времена на Кикстартере можно было найти огромное количество самых разнообразных приборов, подсоединяемых к гаджету столь экзотическим способом.
Все они были рассчитаны, прежде всего, на работу с тогдашним поколением iPhone. USB разъёма он не имел, а организация передачи сигнала по беспроводным каналам с ним была крайне затруднена. Поэтому, гаджеты подсоединяли по аудиокабелю, через разъём для гарнитуры, а обмен командами осуществлялся с помощью аудиосигналов, кодированных частотой и длительностью посылок. Именно такой принцип связи задействован и в нашем подопытном. Пора, однако, заглянуть ему под капот!
Пора переходить к деталям
Литой металлический корпус состоит из двух соединённых резьбой половинок. Внутри корпуса расположены две платки. Одна из них недостойна нашего внимания — не ней расположен лишь держатель трёхвольтового элемента питания, а вот вторую стоит рассмотреть подробнее и даже с двух сторон.
С левой стороны плат видим microUSB разъём. Выбор на него пал потому, что он гораздо меньше по размеру стандартного аудиоджека диаметром 3.5 мм. Справа изображена верхняя часть платы. На ней расположены многочисленные блокирующие питание ёмкости и защитные элементы в трёхвыводных корпусах SOT23, напоминающих транзисторы. Вспомним, что мы как никак имеем дело с медицинским прибором, и даже простейший уровень сертификации требует их наличия.
Сердцем, а по совместительству и ухом, данного прибора безусловно является микрофон. Дешёвый электретный, который аналогично микрофону гарнитуры можно запитать от телефона, тут использовать не получится. Полезная информация звуковых сигналов, поступающих на гарнитуру стетоскопа/фонендоскопа лежит в пределах от 20 Гц до Гц 600. Нижний диапазон ограничен частотными свойствами уха, верхний максимальной частотой, в которой располагаются шумы сердца и внутренних органов. Найти малогабаритный микрофон с такой частотной характеристикой не просто. В данном устройстве был использован аналоговый микрофон, изготовленный по MEMS технологии. Сигнал с него, без всякого дополнительного усиления, поступал в аудиотракт смартфона. Микрофон был заботливо прикрыт резиновой прокладкой, которую я снял для лучшего обзора.
Для удобства, я присвоил ключевым компонентам цифры, и изобразил ниже сильно упрощённую функциональную схему устройства.
Казалось бы, достаточно поставить микрофон с батарейкой и не усложнять всё дополнительными чипами. Однако, даже в отсутствии входного сигнала, тока потребления микрофона достаточно, чтобы разрядить батарейку за несколько дней. Конечно, можно было бы установить на корпус прибора малогабаритный механический выключатель, но это не путь джедаев, прежде всего потому, что его легко забыть выключить или наоборот случайно включить. В результате, в момент, когда вам срочно необходимо будет прослушать лёгкие больного, прибор окажется в неработоспособном состоянии. Для медприложений это совсем не гуд, можно даже сказать больше — недопустимо.
Пришлось нашим китайцам, скрепя сердце, пойти на усложнение схемы. Первым делом они добавили микроконтроллер из серии STM32L с ультранизким потреблением 1.(о низкопотребляющих микроконтроллерах можно почитать в одной из моих предыдущих статей) Затем установили стабилизатор напряжения в цепь питания микрофона 2 и в заключении разорились ещё и на чип аналогового коммутатора.
На управляющий микроконтроллер возложены следующие функции:
- Подача питания на микрофон
- Определение уровня напряжения питания батареи и, в случае необходимости, формирование сигнала о скором её разряде
- Детектирование управляющего синусоидального аудио сигнала со смартфона
- Генерация аналогового синусоидального сигнала для процесса обмена данными со смартфоном
- Переключения линии аналогового сигнала, который поступает на микрофонный вход смартфона
Принцип работы устройства весьма прост
После того, как пользователь прикладывает стетоскоп к телу человека, он нажимает на кнопку, расположенную на экране смартфона. Смартфон посылает управляющую звуковую последовательность, в которой закодировано время прослушивания. Она поступает на компаратор микроконтроллера. Почувствовав перепад напряжения на своём входе, микроконтроллер по прерыванию выходит из состояния глубокого сна, дешифрирует входной сигнал и посылает на микрофонный вход телефона ответную звуковую последовательность, содержащую информацию об уровне заряда батареи. После этого, микроконтроллер на заданное время подаёт питание на микрофон и переключает аудиокоммутатор в режим передачи сигнала с микрофона на микрофонный вход телефона. По окончанию заданного периода времени, всё возвращается в исходное состояние и микроконтроллер погружается в глубокий сон.
Смартфон с помощью встроенного ПО записывает аудиосигнал в виде файла в собственную память. В дальнейшем его можно прослушать, просмотреть на экране смартфона и даже передать в облака для анализа и детальной обработки.
Недостатки устройства
Как и многие медтех стартапы “первой волны”, к которой я отношу проекты запущенные в начале 2010-ых, этот в конечном итоге потерпел крах. Впрочем, подробному анализу причин взлётов и падений медицинских стартапов того поколения, есть задумка посвятить мою следующую статью.
В этой отмечу лишь очевидные просчёты, связанные с техническим исполнением.
В качестве небольшой зарядки для ума предлагаю найти явные промахи самим, а потом открыть спойлер и сравнить с теми,
Основным минусом стетоскопа является проводное соединение его с гаджетом. Во первых, со временем надёжность такого соединения неминуемо уменьшается и скажется на качестве сигнала. Во вторых, даже на фото из рекламного проспекта заметно какой изворотливости требует у мамаши процесс аускультации.
С учётом того, что для запуска этого процесса следует нажать на виртуальную кнопочку, расположенную на сенсорном экране смартфона, удобным в использовании его назвать сложно. Ещё сложнее, по очень маленькой картинке на экране, понять в правильное ли место ты приложил стетоскоп, ведь аудиоканал телефона занят и наушники не подключишь, а малогабаритные встроенные динамики телефона не способны воспроизводить звук в столь низкочастотном диапазоне.
Проводное соединение стетоскопа и гаджета не только неудобно — оно ненадёжно. Со временем надёжность и качество контакта неминуемо будет ухудшаться. Ну и наконец, качество оцифровки звука весьма сильно будет зависеть от типа гаджета. Микрофонный вход большинства телефонов и планшетов предназначен в первую очередь для поддержки гарнитур, его АЧХ имеет сильный завал в низкочастотной области спектра и может вносить существенные искажения для сигналов в этой области. Дорогие модели будут справляться с задачей лучше, более дешёвые существенно хуже. Соответственно, один и тот же стетоскоп в с разными телефонами будет выдавать разные результаты.
В заключении, большая просьба уделить несколько секунд на маленький, но важный для меня опрос. Спасибо.
Читайте также: