專利名稱：基于音頻口通信的血氧儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于個人醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域，具體是基于音頻口基于音頻口通信的血氧儀。
背景技術(shù)：
目前，社會的發(fā)展和生活水平的提高，人們越來越關(guān)注自身的健康，隨之出現(xiàn)了許多基于生命體征采集設(shè)備類的個人醫(yī)療產(chǎn)品，如便攜式的血氧儀、血糖儀、胎心儀和心電儀等。目前的個人醫(yī)療產(chǎn)品主要由數(shù)據(jù)采集模塊、計算模塊、顯示模塊和電源模塊等組成，存在不足主要包括:首先，成本較高。其次，體積較大；再者，缺乏數(shù)據(jù)儲存和分析功能；還有，缺乏遠程數(shù)據(jù)傳輸功能。同時，目前以智能手機為代表的移動設(shè)備日益普及，而且移動設(shè)備具備很強的計算和顯示能力，并具備電源提供，數(shù)據(jù)存儲分析和遠程傳輸功能。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有個人醫(yī)療產(chǎn)品的上述不足，本實用新型基于音頻口提供個人醫(yī)療產(chǎn)品的方法，提出一種基于音頻口通信的血氧儀，從而降低產(chǎn)品成本，減小產(chǎn)品體積，并提供數(shù)據(jù)存儲分析和遠程傳輸?shù)墓δ?。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型基于的基于音頻口設(shè)計個人醫(yī)療產(chǎn)品的方法，其設(shè)計思想是，利用通用的移動終端(例如智能手機、PDA和便攜電腦等)和生命體征的采集裝置(可以由現(xiàn)有的生命體征的采集裝置改裝而成)，由移動終端給采集裝置供電，并且驅(qū)動采集裝置進行生命體征信號采集，然后接收生命體征的信號并進行計算、顯示、數(shù)據(jù)存儲、分析和遠程傳輸處理；在采集裝置上加裝標準音頻接口的物理硬件，把采集裝置的數(shù)據(jù)信號輸出端子、控制信號輸入端子和電源輸入端子分別連接至標準音頻口的接線端子上；
采集裝置與移動終端通過標準音頻口進行物理連接，由音頻口的左聲道信號傳輸線路、右聲道信號傳輸線路和麥克風(fēng)信號傳輸線路分別承擔(dān)電源傳輸以及信號傳輸?；谏鲜鲈O(shè)計思想，該方法的具體技術(shù)方案如下:所述移動終端載有音頻口硬件和應(yīng)用軟件，該應(yīng)用軟件包括電源驅(qū)動模塊、傳感驅(qū)動模塊、采樣濾波模塊、計算模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、顯示模塊和遠程通信模塊；步驟一是電源供電:由移動終端的電源驅(qū)動模塊通過移動終端的聲卡的左或右聲道向采集裝置輸出某一頻率的正弦波，該正弦波有對應(yīng)正弦波頻率的音頻文件；采集裝置中的電源模塊將正弦波處理后提供穩(wěn)定的功率輸出；步驟二是采集裝置的采集工作控制:由移動終端的傳感驅(qū)動模塊產(chǎn)生方波，該方波有對應(yīng)方波的音頻文件；方波通過與電源驅(qū)動模塊輸出相異的聲道傳輸?shù)讲杉b置的控制信號輸入端；步驟三是生命體征數(shù)據(jù)信號的采集:[0014]由采集裝置的控制模塊利用方波的上升沿和下降沿來控制采集工作；步驟四是生命體征數(shù)據(jù)信號的處理:經(jīng)采集裝置采集的生命體征數(shù)據(jù)信號通過麥克風(fēng)信號傳輸線路送入移動終端的麥克風(fēng)信號的輸入端；步驟五是生命體征數(shù)據(jù)信號的采樣濾波:由移動終端的采樣濾波模塊對來自麥克風(fēng)信號傳輸線路的數(shù)據(jù)信號進行采樣處理，得到所需信號；步驟六是數(shù)值計算:由移動終端的計算模塊對數(shù)據(jù)信號進行計算，得到反映生命體征的數(shù)值；步驟七是數(shù)據(jù)儲存:由移動終端的數(shù)據(jù)存儲模塊存儲數(shù)值計算得到的數(shù)據(jù)；步驟八是數(shù)據(jù)分析:由移動終端的數(shù)據(jù)分析模塊對數(shù)據(jù)存儲模塊中的歷史數(shù)據(jù)首先進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，再對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析，然后將分析結(jié)果通過存儲模塊送到移動終端的存儲空間里；步驟九是數(shù)據(jù)顯示:由移動終端的數(shù)據(jù)顯示模塊到移動終端的存儲空間取出數(shù)據(jù)，將當前采集的實時數(shù)據(jù)顯示到移動終端的屏幕上，并將數(shù)據(jù)分析的結(jié)果以報表或圖形的方式顯示到屏幕上；步驟十是遠程數(shù)據(jù)傳輸:由移動終端遠程通信模塊是利用移動終端的gprs模塊、3G模塊或wifi模塊連入互聯(lián)網(wǎng)，將采集數(shù)據(jù)實時或批量傳輸?shù)竭h端的服務(wù)器。作為進一步改進，所述步驟一中，采集裝置中的電源模塊的處理過程為:首先正弦波通過升壓變壓器進行升壓，然后進行FET整流，最后經(jīng)過阻塞二極管和濾波電容進行穩(wěn)壓后實現(xiàn)穩(wěn)定功率輸出，為采集裝置供電；其中整流電路在低壓的系統(tǒng)中的死區(qū)壓降是電源模塊的關(guān)鍵問題，如果在整流處理中使用低壓二極管，在實際測量中發(fā)現(xiàn)，整流中多數(shù)功率已經(jīng)損耗，只有少部分傳送到負載。如果用FET代替二極管，同步整流通常會用在減少損耗。所述步驟五中，由移動終端的采樣濾波模塊對來自麥克風(fēng)信號傳輸線路的數(shù)據(jù)信號進行采樣處理，步驟如下:首先對從麥克風(fēng)通道輸入的生命體征數(shù)據(jù)的模擬信號以一定采樣率進行采樣；然后提取采樣結(jié)果的直流分量，采用一個IIR濾 波器來跟蹤直流分量；接著從輸入的生命體征數(shù)據(jù)的模擬信號中減去直流分量得到交流分量；采用一個轉(zhuǎn)折頻率為6Hz和50Hz及以上頻率，用一 50dB衰減的低通FIR濾波器來去掉交流分量中50Hz以上的環(huán)境噪音；這時交流分量信號就用于后續(xù)處理的信號。所述步驟七中，由移動終端的數(shù)據(jù)存儲模塊存儲數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)壓縮算法為:如果在一段時間內(nèi)的測量值相同，將被以開始時間、結(jié)束時間、測量次數(shù)和測量值等屬性的一個記錄來存儲。具體到本實用新型:一種基于音頻口通信的血氧儀，其特征是包括電源模塊、傳感器控制模塊、傳感器、傳感器信號處理模塊和標準音頻接口的物理硬件；由音頻接口的左聲道信號傳輸線路、右聲道信號傳輸線路和麥克風(fēng)信號傳輸線路分別承擔(dān)電源傳輸、控制信號輸入和采集信號輸出；傳感器控制模塊的控制信號輸入端連接音頻接口的控制信號輸入線路；電源模塊的輸入端連接音頻接口的電源傳輸線路；傳感器信號處理模塊的輸出端連接音頻接口的采集信號輸出線路；所述傳感器控制模塊的控制信號輸出端連接傳感器的控制信號輸入端；所述傳感器的信號輸出端連接傳感器信號處理模塊的輸入端。所述電源模塊包括升壓變壓器、FET整流電路、阻塞二極管和濾波電容；所述升壓變壓器的初級側(cè)為電源模塊的輸入端；升壓變壓器的次級側(cè)連接FET整流電路的輸入端；FET整流電路的輸出端連接由阻塞二極管和濾波電容構(gòu)成的Π形電路的輸入端，Π形電路的輸出端即為電源模塊的輸出端。所述傳感器控制模塊和傳感器信號處理模塊為微處理器或模擬電路。所述傳感器包括PIN 二極管、紅光LED和紅外光LED ;所述PIN 二極管接收來自紅光LED和紅外光LED的光；PIN 二極管的一端連接電源，即為傳感器的輸出端；—、傳感器控制模塊和傳感器信號處理模塊為微處理器:微處理器的控制信號輸出端分別通過驅(qū)動電路連接驅(qū)動紅光LED和紅外光LED ;同時，該微處理器作為傳感器信號處理模塊，傳感器的輸出端連接微處理的信號輸入端；或者， 二、傳感器控制模塊為模擬電路，它包括:a)由D觸發(fā)器和反相器構(gòu)成的I位二進制計數(shù)器；D觸發(fā)器的時鐘信號輸入端連接音頻接口的控制信號輸入線路，D觸發(fā)器的輸出端連接反相器兩個輸入端；紅光LED和紅外光LED的陽極分別連接在反相器的輸入端和輸出端；D觸發(fā)器的D端連接反相器的輸出端;b)由運算放大器與三級管構(gòu)成的壓控恒流電路；運算放大器的高電平輸入端連接音頻接口的控制信號輸入線路；運算放大器的輸出端連接三極管的基極，三極管的集電極連接紅光LED和紅外光LED的陰極；運算放大器的低電平輸入端連接三極管的發(fā)射極；傳感器信號處理模塊為模擬電路，它的結(jié)構(gòu)為PIN 二極管的一端的另一端連接放大電路的輸入端，該放大電路的輸出端連接音頻接口的采集信號輸出線路，該放大電路作為傳感器信號處理模塊。微處理器輸出端還包括血氧值輸出端。由于微處理的運算功能能滿足血氧信號一>血氧值的運算，所以，可以在血氧儀內(nèi)完成運算。所述電源模塊還包括法拉電容，該法拉電容與Π形電路并聯(lián)。采用法拉電容的原因是能更好地滿足采集裝置的功率需求，在LED這樣功率較大的元器件工作間隙給法拉電容充電，在LED工作的時候，由法拉電容和Π形電路一起進行功率輸出，使整個采集裝置處于良好的功率供給狀態(tài)。

圖1為本實用新型實施例的基于音頻接口提供血氧生命體征測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；[0053]圖2為本實用新型實施例的血氧生命體征測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本實用新型實施例的血氧生命體征測量系統(tǒng)的基本流程圖；圖4為本實用新型實施例的血氧生命體征測量系統(tǒng)的電源模塊的電路原理圖；圖5為本實用新型實施例的血氧生命體征測量系統(tǒng)的LED控制模塊電路原理圖；圖6為本實用新型實施例的血氧生命體征測量系統(tǒng)的PIN信號處理模塊電路原理圖。
具體實施方式
本實用新型的設(shè)計思想是一種基于音頻口設(shè)計個人醫(yī)療產(chǎn)品的方法，利用通用的移動終端和生命體征的采集裝置，由移動終端給采集裝置供電，并且驅(qū)動采集裝置進行生命體征信號采集，然后接收生命體征的信號并進行后續(xù)處理；在采集裝置上加裝標準音頻接口的物理硬件，把采集裝置的數(shù)據(jù)信號輸出端子、控制信號輸入端子和電源輸入端子分別連接至標準音頻口的接線端子上；移動終端輸出音頻信號的功率滿足采集裝置的工作功率要求，從而實現(xiàn)移動終端給采集裝置供電；采集裝置與移動終端通過標準音頻口進行物理連接，由音頻口的左聲道信號傳輸線路、右聲道信號傳輸線路和麥克風(fēng)信號傳輸線路分別承擔(dān)電源傳輸以及信號傳輸。所述移動終端接收生命體征的信號后進行后續(xù)的處理包括收生命體征的信號的計算、顯示、數(shù)據(jù)存儲、分析和遠程傳輸處理。所述采集裝置包括電源模塊、傳感器控制模塊、傳感器、傳感器信號處理模塊；所述移動終端載有音頻口硬件和應(yīng)用軟件，該應(yīng)用軟件包括電源驅(qū)動模塊、傳感驅(qū)動模塊、采樣濾波模塊、計算模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、顯示模塊和遠程通信模塊；步驟一是 電源供電:由移動終端的電源驅(qū)動模塊通過移動終端的聲卡的左或右聲道向采集裝置輸出某一頻率的波，該信號波有對應(yīng)頻率的音頻文件；采集裝置中的電源模塊將信號波處理后提供穩(wěn)定的功率輸出；步驟二是采集裝置的采集工作控制:方式I (模擬信號方式):由移動終端的傳感驅(qū)動模塊產(chǎn)生控制信號，該控制信號為方波，該方波有對應(yīng)方波的音頻文件；方波通過與電源驅(qū)動模塊輸出相異的聲道傳輸?shù)矫准b置的控制信號輸入端；或者，方式2 (即數(shù)字信號方式):移動終端的傳感驅(qū)動模塊采用串口通信方式傳輸控制命令，其作用等同于方式I中的控制信號，在數(shù)字電路中，一般用術(shù)語“命令”；(復(fù)雜控制的情況是指例如需要進行信息通信情況)步驟三是生命體征數(shù)據(jù)信號的采集:對應(yīng)步驟二的方式1，由采集裝置的傳感器控制模塊利用方波的上升沿或下降沿來控制傳感器工作；對應(yīng)步驟二的方式2，采用串口通信的方式接收控制命令，通過微處理器來控制傳感器的工作；步驟四是生命體征數(shù)據(jù)信號的處理:傳感器采集的生命體征信號經(jīng)過采集裝置的傳感器信號處理模塊進行信號處理后，通過麥克風(fēng)信號傳輸線路送入移動終端的麥克風(fēng)信號的輸入端；步驟五是生命體征數(shù)據(jù)信號的采樣濾波:由移動終端的采樣濾波模塊對來自麥克風(fēng)信號傳輸線路的數(shù)據(jù)信號進行處理，得到所需信號；步驟六是數(shù)值計算:由移動終端的計算模塊對數(shù)據(jù)信號進行計算，得到反映生命體征的數(shù)值；步驟七是數(shù)據(jù)儲存:由移動終端的數(shù)據(jù)存儲模塊存儲數(shù)值計算得到的數(shù)據(jù)；步驟八是數(shù)據(jù)分析:由移動終端的數(shù)據(jù)分析模塊對數(shù)據(jù)存儲模塊中的歷史數(shù)據(jù)首先進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，再對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析，然后將分析結(jié)果通過存儲模塊送到移動終端的存儲空間里；步驟九是數(shù)據(jù)顯示:由移動終端的數(shù)據(jù)顯示模塊到移動終端的存儲空間取出數(shù)據(jù)，將當前采集的實時數(shù)據(jù)顯示到移動終端的屏幕上，并將數(shù)據(jù)分析的結(jié)果以報表或圖形的方式顯示到屏幕上；步驟十是遠程數(shù)據(jù)傳輸:由移動終端遠程通信模塊是利用移動終端的gprs模塊、3G模塊或wifi模塊連入互聯(lián)網(wǎng)，將采集數(shù)據(jù)實時或批量傳輸?shù)竭h端的服務(wù)器。所述步驟一中的信號波是正弦波或方波。所述步驟四中，對應(yīng)步驟二和步驟三中的兩種方式，信號處理有兩種方式:a)對應(yīng)方式1:進行模擬信號處理后，直接將模擬信號傳輸給移動終端；b)對應(yīng)方式2:通過微處理器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號傳輸給移動終端。c)對應(yīng)方式2:通過微處理器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并進行計算后將計算結(jié)果傳輸給移動終端。此時，移動終端的處理器中的濾波及數(shù)值計算的工作就移至采集裝置中。所述步驟一中，采集裝置中的電源模塊的處理過程為:首先正弦波或方波通過升壓變壓器進行升壓，然后進行FET整流，最后經(jīng)過阻塞二極管和濾波電容進行穩(wěn)壓后實現(xiàn)穩(wěn)定功率輸出，為采集裝置供電。所述步驟五中，由移動終端的采樣濾波模塊對來自麥克風(fēng)信號傳輸線路的數(shù)據(jù)信號進行采樣處理，步驟如下:首先對從麥克風(fēng)通道輸入的生命體征數(shù)據(jù)的信號以一定采樣率進行采樣；然后進行信號處理，此處的信號處理采用IIR濾波器和/或FIR濾波器進行數(shù)字濾波；對于提取采樣結(jié)果的直流分量和交流分量，采用一個IIR濾波器來跟蹤直流分量；接著從輸入的生命體征數(shù)據(jù)的模擬信號中減去直流分量得到交流分量；對于對信 號進行帶通濾波，可采用帶通FIR濾波器；針對步驟二中方式2情況，可采用傅里葉變換或小波變換復(fù)雜算法進行處理。所述步驟七中，由移動終端的數(shù)據(jù)存儲模塊存儲數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)壓縮算法為:如果在一段時間內(nèi)的測量值相同，將被以開始時間、結(jié)束時間、測量次數(shù)和測量值等屬性的一個記錄來存儲。一種基于音頻口通信的血氧儀，包括電源模塊、傳感器控制模塊、傳感器、傳感器信號處理模塊和標準音頻接口的物理硬件；[0096]由音頻接口的左聲道信號傳輸線路、右聲道信號傳輸線路和麥克風(fēng)信號傳輸線路分別承擔(dān)電源傳輸、控制信號輸入和采集信號輸出；傳感器控制模塊的控制信號輸入端連接音頻接口的控制信號輸入線路；電源模塊的輸入端連接音頻接口的電源傳輸線路；傳感器信號處理模塊的輸出端連接音頻接口的采集信號輸出線路；所述傳感器控制模塊的控制信號輸出端連接傳感器的控制信號輸入端；所述傳感器的信號輸出端連接傳感器信號處理模塊的輸入端。所述電源模塊包括升壓變壓器、FET整流電路、阻塞二極管和濾波電容；所述升壓變壓器的初級側(cè)為電源模塊的輸入端；升壓變壓器的次級側(cè)連接FET整流電路的輸入端；FET整流電路的輸出端連接由阻塞二極管和濾波電容構(gòu)成的Π形電路的輸入端，Π形電路的輸出端即為電源模塊的輸出端。所述傳感器控制模塊為微處理器或模擬電路。所述傳感器包括PIN 二極管、紅光LED和紅外光LED ;所述PIN 二極管接收來自紅光LED和紅外光LED的光；PIN 二極管的一端連接電源，即為傳感器的輸出端；一、傳感器控制模塊為微處理器，微處理器的控制信號輸出端分別通過驅(qū)動電路連接驅(qū)動紅光LED和紅外光LED ;同時，該微處理器作為傳感器信號處理模塊，傳感器的輸出端連接微處理的信號輸入端；或者，二、傳感器控制·模塊為模擬電路，該模擬電路包括:a)由D觸發(fā)器和反相器構(gòu)成的I位二進制計數(shù)器；D觸發(fā)器的時鐘信號輸入端連接音頻接口的控制信號輸入線路，D觸發(fā)器的輸出端連接反相器兩個輸入端；紅光LED和紅外光LED的陽極分別連接在反相器的輸入端和輸出端；D觸發(fā)器的D端連接反相器的輸出端;b)由運算放大器與三級管構(gòu)成的壓控恒流電路；運算放大器的高電平輸入端連接音頻接口的控制信號輸入線路；運算放大器的輸出端連接三極管的基極，三極管的集電極連接紅光LED和紅外光LED的陰極；運算放大器的低電平輸入端連接三極管的發(fā)射極；PIN 二極管的一端的另一端連接放大電路的輸入端，該放大電路的輸出端連接音頻接口的采集信號輸出線路，該放大電路作為傳感器信號處理模塊。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
，對本實用新型的技術(shù)方案進行進一步詳細的說明。本方法基于生命體征采集裝置(以下簡稱采集裝置)。采集裝置通過音頻接口接入移動設(shè)備，通過音頻接口供電并傳輸數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)時編碼為音頻信號，用戶啟用移動設(shè)備上的個人醫(yī)療應(yīng)用軟件，個人醫(yī)療應(yīng)用軟件會通過音頻接口與采集裝置進行通訊握手，在發(fā)現(xiàn)裝置接入后允許用戶進行生命體征測量。用戶進行生命體征測量時，應(yīng)用軟件通過音頻口控制采集裝置進行信號采集并接收采集信號，經(jīng)過采樣，濾波，數(shù)值計算等處理后得到生命體征數(shù)值，生命體征數(shù)值可實時顯示到移動終端屏幕上并可存儲到移動終端的持久化存儲空間，從而建立個人醫(yī)療數(shù)據(jù)庫并根據(jù)各種應(yīng)用需求進行數(shù)據(jù)分析。同時可利用移動終端的遠程通信模塊把數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌胤?，以滿足遠程實時監(jiān)控、遠程診斷、遠程健康分析等需求。[0113]下面以血氧生命體征測量為例進行進一步說明。圖1為本實施例提出的一種基于音頻接口提供血氧生命體征測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。如圖1所示，該系統(tǒng)包括血氧生命體征采集裝置和移動設(shè)備；血氧生命體征采集裝置(以下簡稱血氧采集裝置)通過移動設(shè)備的音頻口與移動設(shè)備相連，移動設(shè)備上安裝有血氧測量應(yīng)用軟件(以下簡稱血氧應(yīng)用軟件)。圖2為血氧生命體征測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。如圖2所示，血氧采集裝置包括電源模塊、LED控制模塊、PIN信號處理模塊、LED和PIN 二極管。其中電源模塊與移動終端音頻口的左聲道相連，負責(zé)將移動終端通過音頻口輸出的正弦波電信號轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的電壓輸出，為其它模塊提供電源輸出。LED控制模塊和移動終端的右聲道相連，負責(zé)利用移動終端輸出的方波信號來控制兩個LED的切換和電流大小，從而控制紅光與紅外光的切換和光強。PIN信號處理模塊負責(zé)將PIN 二極管產(chǎn)生的電信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換放大后輸出到移動終端音頻口的麥克風(fēng)通道。血氧應(yīng)用軟件包括電源驅(qū)動模塊、傳感驅(qū)動模塊、采樣濾波模塊、計算模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和遠程通信模塊。其中電源驅(qū)動模塊負責(zé)產(chǎn)生固定頻率的正弦波音頻信號，并通過音頻口的左聲道輸出到采集裝置的電源模塊。傳感驅(qū)動模塊負責(zé)產(chǎn)生方波信號并通過音頻口的右聲道輸送到采集裝置的LED控制模塊，驅(qū)動LED產(chǎn)生紅光和紅外光。采樣濾波模塊負責(zé)將音頻口麥克風(fēng)通道輸入的模擬信號進行采樣，然后將其濾波，去除噪音，并將其直流分量和交流分量分量分離。計算模塊負責(zé)根據(jù)直流分量計算出血氧飽和度數(shù)值，根據(jù)交流分量計算出脈搏數(shù)值。數(shù)據(jù)儲存模塊負責(zé)將計算的數(shù)值儲存到移動終端的持久化儲存空間。數(shù)據(jù)分析模塊負責(zé)分析采集到的歷史數(shù)據(jù)，并生成相應(yīng)報表。遠程通信模塊負責(zé)將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌胤剑詽M足遠程實時監(jiān)控、遠程診斷、遠程健康分析等需求。圖3為血氧生命體征測量系統(tǒng)的基本流程圖。如圖3所示:步驟一是電源供電。 血氧應(yīng)用軟件的電源驅(qū)動模塊通過移動設(shè)備聲卡的左聲道向血氧采集裝置輸出22kHz的方波，具體實現(xiàn)就是播放22kHz的方波音頻文件。血氧采集裝置中的電源模塊將方波進行一系列處理后提供穩(wěn)定的功率輸出。電源模塊的具體處理過程為:首先22kHz的方波通過升壓變壓器進行升壓，然后進行FET整流，最后經(jīng)過阻塞二極管和濾波電容進行穩(wěn)壓后實現(xiàn)穩(wěn)定功率輸出，為其他處理電路供電。其中整流電路在低壓的系統(tǒng)有著死區(qū)壓降是電源模塊的關(guān)鍵問題。想要最大功率的傳輸，如果在整流處理中使用像DFLS120L這樣的低壓二極管，在實際測量中發(fā)現(xiàn)，整流中80%的功率已經(jīng)損耗，只有20%傳送到負載。如果用FET代替二極管，同步整理通常會用在減少損耗。(電源模塊的電路原理圖見圖4。)步驟二是LED的驅(qū)動和控制。血氧應(yīng)用軟件的傳感驅(qū)動模塊產(chǎn)生方波，具體實現(xiàn)就是播放方波音頻文件。方波通過音頻口右聲道傳輸?shù)窖醪杉b置的LED控制模塊。LED控制模塊利用方波的上升沿來控制紅光與紅外光的切換，方波的高電平的電壓控制傳感器的兩發(fā)光管激勵電流大小。LED控制模塊的電路由D觸發(fā)器，反相器組成I位二進制計數(shù)器，實現(xiàn)對兩發(fā)光管的切換。運放與三級管構(gòu)成壓控恒流電路，實現(xiàn)對兩發(fā)光管激勵電流大小的控制。電路原理圖見圖5。(更優(yōu)方案，即采用數(shù)字信號方式，利用mcu進行控制。)步驟三是血氧生命體征的采集。LED模塊由兩個發(fā)光管組成。一個發(fā)出紅光(波長660nm)。一個發(fā)出紅外光(波長940nm)。兩個LED在LED控制模塊的控制下以500次每秒時分復(fù)用。PIN 二極管被兩個不同的LED透過身體后交替激活，產(chǎn)生包含血氧信息的電信號。步驟四是PIN血氧信號處理。PIN信號處理模塊通過PIN傳感器上取下電流信號，通過運放構(gòu)成的電流放大器，放大后以電壓信號送入移動終端的MIC的輸入端。其中放大器是將AC與DC同時放大，DC可能很大，AC可能很小，這時放大倍數(shù)如果過高時信號會進入飽和，這時應(yīng)采用適當?shù)姆糯蟊稊?shù)，通過控制激勵電流給予適當?shù)幕叶?。放大器我們這里選擇的是ADI的AD820。PIN信號處理模塊的電路原理圖見圖6。(更優(yōu)方案即采用數(shù)字信號方式，采用mcu轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并對數(shù)字信號進行處理后傳輸移動。)步驟五是血氧信號的采樣濾波。血氧應(yīng)用軟件的采樣濾波模塊首先對從麥克風(fēng)通道輸入的血氧模擬信號以lOOOsps進行采樣。然后提取采樣結(jié)果的直流分量，由于要求的截止頻率非常低，我們采用一個IIR濾波器來跟蹤直流分量。然后通過從輸入信號中減去直流分量就得到交流分量。然后我們采用一個轉(zhuǎn)折頻率為6Hz和50Hz及以上頻率，有一50dB衰減的低通FIR濾波器來去掉交流分量中50Hz以上的環(huán)境噪音。這時交流分量信號就類似通過動脈的心跳脈沖。步驟六是數(shù)值計算。首先對紅光和紅外光的血氧信號的直流分量計算RMS值，血氧飽和度通過對RMS值取對數(shù)相除得到。脈搏是通過對3節(jié)拍內(nèi)的樣本數(shù)進行計數(shù)得到。步驟七是數(shù)據(jù)儲存。我們將通過數(shù)值計算得到的血氧飽和度和脈搏數(shù)值儲存到移動終端自帶的數(shù)據(jù)庫里。 由于血氧采集生成數(shù)據(jù)量增長會很快，特別是長時間連續(xù)測量的情況下，而移動終端的儲存空間是比較有限的，所以數(shù)據(jù)儲存的關(guān)鍵問題是數(shù)據(jù)的壓縮算法。我們采用的算法為:如果在一段時間內(nèi)的測量值相同，將被以開始時間，結(jié)束時間，測量次數(shù)，測量值等屬性的一個記錄來存儲，這樣則能以一個數(shù)據(jù)記錄來存儲多次測量結(jié)果。步驟八是數(shù)據(jù)分析。首先是對歷史數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，其次可以根據(jù)特定的要求進行分析，如睡眠分析。然后將分析結(jié)果通過存儲模塊存儲到移動終端的存儲空間里。步驟九是數(shù)據(jù)顯示。由數(shù)據(jù)顯示模塊到移動終端的存儲空間取出數(shù)據(jù)，將當前采集的實時數(shù)據(jù)顯示到移動終端的屏幕上，并將數(shù)據(jù)分析的結(jié)果以報表和圖形的方式顯示到屏幕上。步驟十是遠程數(shù)據(jù)傳輸。遠程通信模塊利用移動終端的gprs模塊、3G模塊或wifi模塊連入互聯(lián)網(wǎng)，將采集數(shù)據(jù)實時或批量傳輸?shù)竭h端的服務(wù)器，實現(xiàn)實時健康監(jiān)控，遠程診斷、遠程健康分析，遠程數(shù)據(jù)備份等功能。最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求1.一種基于音頻口通信的血氧儀，其特征是包括電源模塊、傳感器控制模塊、傳感器、傳感器信號處理模塊和標準音頻接口的物理硬件； 由音頻接口的左聲道信號傳輸線路、右聲道信號傳輸線路和麥克風(fēng)信號傳輸線路分別承擔(dān)電源傳輸、控制信號輸入和采集信號輸出； 傳感器控制模塊的控制信號輸入端連接音頻接口的控制信號輸入線路； 電源模塊的輸入端連接音頻接口的電源傳輸線路； 傳感器信號處理模塊的輸出端連接音頻接口的采集信號輸出線路； 所述傳感器控制模塊的控制信號輸出端連接傳感器的控制信號輸入端； 所述傳感器的信號輸出端連接傳感器信號處理模塊的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于音頻口通信的血氧儀，其特征是所述電源模塊包括升壓變壓器、FET整流電路、阻塞二極管和濾波電容；所述升壓變壓器的初級側(cè)為電源模塊的輸入端；升壓變壓器的次級側(cè)連接FET整流電路的輸入端；FET整流電路的輸出端連接由阻塞二極管和濾波電容構(gòu)成的Π形電路的輸入端，Π形電路的輸出端即為電源模塊的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于音頻口通信的血氧儀，其特征是所述傳感器控制模塊和傳感器信號處理模塊為微處理器或模擬電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于音頻口通信的血氧儀，其特征是所述傳感器包括PIN二極管、紅光LED和紅外 光LED ;所述PIN 二極管接收來自紅光LED和紅外光LED的光；PIN 二極管的一端連接電源，即為傳感器的輸出端； 一、傳感器控制模塊和傳感器信號處理模塊為微處理器:微處理器的控制信號輸出端分別通過驅(qū)動電路連接驅(qū)動紅光LED和紅外光LED ;同時，該微處理器作為傳感器信號處理模塊，傳感器的輸出端連接微處理的信號輸入端； 或者， 二、傳感器控制模塊為模擬電路，它包括: a)由D觸發(fā)器和反相器構(gòu)成的I位二進制計數(shù)器；D觸發(fā)器的時鐘信號輸入端連接音頻接口的控制信號輸入線路，D觸發(fā)器的輸出端連接反相器兩個輸入端；紅光LED和紅外光LED的陽極分別連接在反相器的輸入端和輸出端；D觸發(fā)器的D端連接反相器的輸出端； b)由運算放大器與三級管構(gòu)成的壓控恒流電路；運算放大器的高電平輸入端連接音頻接口的控制信號輸入線路；運算放大器的輸出端連接三極管的基極，三極管的集電極連接紅光LED和紅外光LED的陰極；運算放大器的低電平輸入端連接三極管的發(fā)射極； 傳感器信號處理模塊為模擬電路，它的結(jié)構(gòu)為PIN 二極管的一端的另一端連接放大電路的輸入端，該放大電路的輸出端連接音頻接口的采集信號輸出線路，該放大電路作為傳感器信號處理模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的基于音頻口通信的血氧儀，其特征是微處理器輸出端還包括血氧值輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于音頻口通信的血氧儀，其特征是所述電源模塊還包括法拉電容，該法拉電容與Π形電路并聯(lián)。
專利摘要一種基于音頻口通信的血氧儀，包括電源模塊、傳感器控制模塊、傳感器、傳感器信號處理模塊和標準音頻接口的物理硬件；由音頻接口的左聲道信號傳輸線路、右聲道信號傳輸線路和麥克風(fēng)信號傳輸線路分別承擔(dān)電源傳輸、控制信號輸入和采集信號輸出；傳感器控制模塊的控制信號輸入端連接音頻接口的控制信號輸入線路；電源模塊的輸入端連接音頻接口的電源傳輸線路；傳感器信號處理模塊的輸出端連接音頻接口的采集信號輸出線路；所述傳感器控制模塊的控制信號輸出端連接傳感器的控制信號輸入端；所述傳感器的信號輸出端連接傳感器信號處理模塊的輸入端。
文檔編號A61B5/1455GK203153748SQ20132011085
公開日2013年8月28日 申請日期2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月12日
發(fā)明者林祝發(fā) 申請人:林祝發(fā)