本發(fā)明涉及一種胰島素筆注射聲音的電路，特別是指一種自動識別分析胰島素筆注射聲音的電路。

背景技術：

通過分析機械式胰島素筆的使用過程，我們發(fā)現(xiàn)它在注射胰島素時，筆的內(nèi)部機械齒輪嚙合，會在每注射一個單位胰島素時發(fā)出一個聲音“咔”，通過錄音計算分析出“咔”聲出現(xiàn)的次數(shù)，也就能夠知道注射了多少個單位胰島素。傳統(tǒng)語音識別的做法是首先高精度采樣把聲音轉成數(shù)字信號，然后找出“咔”聲信號的一系列特征點，通過識別匹配相似特征點出現(xiàn)的次數(shù)，就可以得到“咔”聲出現(xiàn)的次數(shù)，也即是齒輪嚙合的次數(shù)，最后換算得出胰島素注射的劑量。由于需要聲音采樣的精度很高，并且匹配計算的工作量也很大，一般需要高成本高功耗的DSP來運算處理，功耗至少在50mA以上，硬件成本一般至少20美元以上。

本發(fā)明采用低成本的組合模擬電路來分析處理聲音模擬信號，最后變成方波數(shù)字信號，讓低成本微控制器來通過中斷算出“咔”聲出現(xiàn)的次數(shù)。硬件成本可以在2美元之內(nèi)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種低成本、高效率自動識別分析胰島素筆注射聲音的電路。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種自動識別分析胰島素筆注射聲音的電路，該電路能自動拾取胰島素筆轉動的音頻信號，通過識別、分析對音頻信號進行處理，通過計算方波出現(xiàn)的次數(shù)，得出胰島素注射劑量。

所述的自動識別分析胰島素筆注射聲音的電路，該電路包括：拾取聲音信號輸出模擬波形的音頻信號拾取裝置1，采用阻容電路實現(xiàn)信號隔直的信號隔直單元2，采用運算放大器加上二極管實現(xiàn)信號負半周翻轉的信號負半周翻轉單元3；采用運算放大器實現(xiàn)信號放大的信號放大單元4；采用阻容實現(xiàn)包絡積分的信號包絡積分單元5；采用比較器來轉換包絡波形到方波的信號比較單元6；控制處理上述信號流程的微控制器單元7；以及為上述電路提供工作電源的電源單元8；所述的音頻信號拾取單元1將采集到的外界聲音輸出9，這個信號是帶偏壓的，經(jīng)過信號隔直單元2后變成0伏上下震蕩的模擬波形，再經(jīng)過信號負半周翻轉單元3把0伏以下的波形全部翻轉到0v以上，然后再經(jīng)過信號放大單元4和信號包絡積分單元5之后輸出波形10，最后經(jīng)過信號比較單元6輸出方波信號11到微控制器單元7處理，微控制器單元7可根據(jù)方波信號產(chǎn)生的中斷進行計數(shù)，得出“咔”聲出現(xiàn)的次數(shù)。

所述的自動識別分析胰島素筆注射聲音的電路，所述的音頻信號拾取裝置1包括：麥克風U2，麥克風U2的1腳接信號隔直單元2的輸入端；麥克風U2的2腳接地，麥克風U2的3腳接電源VDD；所述的硅麥克風U2采用瑞聲科技AAC公司生產(chǎn)的型號為SM0102B-NE381-X01的硅麥克風。也可選用其他結構尺寸合適的模擬麥克風器件。

所述的自動識別分析胰島素筆注射聲音的電路，所述的信號隔直單元2由串聯(lián)的第一電容C1和第一電阻R1組成，所述的第一電容C1一端與音頻信號拾取裝置1的輸出端相連，所述的第一電容C1的另一端與第一電阻R1相連，第一電阻R1的另一端接地，所述的第一電容C1與第一電阻R1之間接信號負半周翻轉單元3的輸入端。

所述的自動識別分析胰島素筆注射聲音的電路，所述的信號負半周翻轉單元3包括：雙路運算放大器U1、高速二極管D1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4，雙路運算放大器U1的1腳接高速二極管D1后與2腳并聯(lián)，雙路運算放大器U1的3腳、4腳接地；雙路運算放大器U1的5腳與串聯(lián)的第二電阻R2和第三電阻R3，雙路運算放大器U1的6腳與7腳之間接第四電阻R4，雙路運算放大器U1的8腳接信號放大單元4的輸入端。

所述的自動識別分析胰島素筆注射聲音的電路，所述的信號放大單元4包括：單路運算放大器U3、第五電阻R5、第六電阻R6,所述的單路運算放大器U3的3腳接雙路運算放大器U1的輸入端，所述的單路運算放大器U3的2腳接地，所述的單路運算放大器U3的5腳接VDD，所述的單路運算放大器U3的4腳接串聯(lián)的第五電阻R5與第六電阻R6之間，第五電阻R5的另一端接地，第六電阻R6的另一端與所述的單路運算放大器U3的1腳并聯(lián)與信號包絡積分單元5輸入端相連。

所述的自動識別分析胰島素筆注射聲音的電路，所述的信號包絡積分單元5包括：第七電阻R7、第八電阻R8、第二電容C2、第三電容C3,所述的第七電阻R7與第三電容C3串聯(lián)，所述的第七電阻R7另一端接信號放大單元4的輸出端，第三電容C3的另一端與第八電阻R8并聯(lián)后接信號比較單元6的輸入端，第八電阻R8的另一端接地，第二電容C2并聯(lián)在第七電阻R7與第三電容C3之間，第二電容C2的另一端接地。

所述的自動識別分析胰島素筆注射聲音的電路，所述的信號比較單元6包括：比較器U4、第九電阻R9和第十電阻R10，所述的比較器U4的3腳接信號包絡積分單元5的輸出端，所述的比較器U4的2腳接地，所述的比較器U4的6腳接VDD，所述的比較器U4的5腳并聯(lián)電阻R9和電阻R10接地，所述的比較器U4的4腳接并聯(lián)第九電阻R9與第十電阻R10之間，所述的比較器U4的1腳接微控制器單元7的輸入端。

所述的自動識別分析胰島素筆注射聲音的電路，所述的第九電阻R9和第十電阻R10組成分壓電路，把比較器輸出的參考電壓分壓到合適的值作為比較器的比較基準電壓。

使用本發(fā)明的有益效果在于：通過低成本、低功耗的設計，讓機械式胰島素筆能夠用便宜的配件具備自動記錄的能力，方便糖尿病患者更好的長期管理自己的健康。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方框原理示意圖；

圖2為圖1的電路原理圖；

圖3為音頻信號拾取單元輸出的原始波形圖；

圖4為經(jīng)過信號包絡積分后的波形圖；

圖5為經(jīng)過信號比較單元處理后的波形圖；

其中：

1～音頻信號拾取單元

2～信號隔直單元

3～信號負半周翻轉單元

4～信號放大單元

5～信號包絡積分單元

6～信號比較單元

7～微控制器單元

8～電源單元

U1～雙路運算放大器 U2～硅麥克風

U3～單路運算放大器 U4～比較器

D1～二極管 MCU～藍牙芯片

R1～第一電阻 R2～第二電阻

R3～第三電阻 R4～第四電阻

R5～第五電阻 R6～第六電阻

R7～第七電阻 R8～第八電阻

R9～第九電阻 R10～第十電阻

C1～第一電容 C2～第二電容

C3～第三電容

具體實施方式

為了對本發(fā)明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖1說明本發(fā)明的具體實施方式。

如圖1、圖2所示，一種自動識別分析胰島素筆注射聲音的電路，該電路能自動拾取胰島素筆轉動的音頻信號，通過識別、分析對音頻信號進行處理，通過計算方波出現(xiàn)的次數(shù)，得出胰島素注射劑量；該電路包括：拾取聲音信號輸出模擬波形的音頻信號拾取裝置1，采用阻容電路實現(xiàn)信號隔直的信號隔直單元2，采用運算放大器加上二極管實現(xiàn)信號負半周翻轉的信號負半周翻轉單元3；采用運算放大器實現(xiàn)信號放大的信號放大單元4；采用阻容實現(xiàn)包絡積分的信號包絡積分單元5；采用比較器來轉換包絡波形到方波的信號比較單元6；控制處理上述信號流程的微控制器單元7；以及為上述電路提供工作電源的電源單元8；所述的音頻信號拾取單元1將采集到的外界聲音輸出9，這個信號是帶偏壓的，經(jīng)過信號隔直單元2后變成0伏上下震蕩的模擬波形，再經(jīng)過信號負半周翻轉單元3把0伏以下的波形全部翻轉到0v以上，然后再經(jīng)過信號放大單元4和信號包絡積分單元5之后輸出波形10，最后經(jīng)過信號比較單元6輸出方波信號11到微控制器單元7處理，微控制器單元7可根據(jù)方波信號產(chǎn)生的中斷進行計數(shù)，得出“咔”聲出現(xiàn)的次數(shù)；所述的音頻信號拾取裝置1包括：麥克風U2，麥克風U2的1腳接信號隔直單元2的輸入端；麥克風U2的2腳接地，麥克風U2的3腳接電源VDD；所述的硅麥克風U2采用瑞聲科技AAC公司生產(chǎn)的型號為SM0102B-NE381-X01的硅麥克風。也可選用其他結構尺寸合適的模擬麥克風器件；所述的信號隔直單元2由串聯(lián)的第一電容C1和第一電阻R1組成，所述的第一電容C1一端與音頻信號拾取裝置1的輸出端相連，所述的第一電容C1的另一端與第一電阻R1相連，第一電阻R1的另一端接地，所述的第一電容C1與第一電阻R1之間接信號負半周翻轉單元3的輸入端；所述的信號負半周翻轉單元3包括：雙路運算放大器U1、高速二極管D1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4，雙路運算放大器U1的1腳接高速二極管D1后與2腳并聯(lián)，雙路運算放大器U1的3腳、4腳接地；雙路運算放大器U1的5腳與串聯(lián)的第二電阻R2和第三電阻R3，雙路運算放大器U1的6腳與7腳之間接第四電阻R4，雙路運算放大器U1的8腳接信號放大單元4的輸入端；所述的信號放大單元4包括：單路運算放大器U3、第五電阻R5、第六電阻R6,所述的單路運算放大器U3的3腳接雙路運算放大器U1的輸入端，所述的單路運算放大器U3的2腳接地，所述的單路運算放大器U3的5腳接VDD，所述的單路運算放大器U3的4腳接串聯(lián)的第五電阻R5與第六電阻R6之間，第五電阻R5的另一端接地，第六電阻R6的另一端與所述的單路運算放大器U3的1腳并聯(lián)與信號包絡積分單元5輸入端相連；所述的信號包絡積分單元5包括：第七電阻R7、第八電阻R8、第二電容C2、第三電容C3,所述的第七電阻R7與第三電容C3串聯(lián)，所述的第七電阻R7另一端接信號放大單元4的輸出端，第三電容C3的另一端與第八電阻R8并聯(lián)后接信號比較單元6的輸入端，第八電阻R8的另一端接地，第二電容C2并聯(lián)在第七電阻R7與第三電容C3之間，第二電容C2的另一端接地；所述的信號比較單元6包括：比較器U4、第九電阻R9和第十電阻R10，所述的比較器U4的3腳接信號包絡積分單元5的輸出端，所述的比較器U4的2腳接地，所述的比較器U4的6腳接VDD，所述的比較器U4的5腳并聯(lián)電阻R9和電阻R10接地，所述的比較器U4的4腳接并聯(lián)第九電阻R9與第十電阻R10之間，所述的比較器U4的1腳接微控制器單元7的輸入端；所述的第九電阻R9和第十電阻R10組成分壓電路，把比較器輸出的參考電壓分壓到合適的值作為比較器的比較基準電壓。

此間說明的是：雙路運算放大器U1采用思瑞浦(3PEAK)公司生產(chǎn)的型號為TP1512的雙路運算放大器；硅麥克風U2采用AAC的型號為SM0102B-NE381-X01的硅麥克風；單路運算放大器U3采用思瑞浦(3PEAK)公司生產(chǎn)的型號為TP1511的單路運算放大器；比較器U4采用思瑞浦(3PEAK)公司生產(chǎn)的型號為TP2021的帶參考電壓輸出的比較器；二極管D1采用型號為1N4148的高速二極管；微處理控制器MCU采用賽普拉斯公司(Cypress)生產(chǎn)的型號為CYBL10563-68FNXIT的藍牙芯片。

如附圖1至圖5所示，音頻信號拾取單元1采集到外界聲音輸出模擬器信號9，這個信號是帶偏壓的，經(jīng)過信號隔直單元2后變成0伏上下震蕩的模擬波形，再經(jīng)過信號負半周翻轉單元3把0伏以下的波形全部翻轉到0v以上，然后再經(jīng)過信號放大4和包絡積分5之后輸出波形10，最后經(jīng)過信號比較單元6輸出方波信號11到微控制單元7處理，微控制單元7可根據(jù)方波信號產(chǎn)生的中斷進行計數(shù)，得出“咔”聲出現(xiàn)的次數(shù)。電源單元8用于整個系統(tǒng)供電。

下面再結合附圖，對本發(fā)明電路的工作原理進行簡單說明：如圖1至圖5所示，硅麥克風U2用于音頻信號拾取，輸出帶偏壓的音頻模擬信號，經(jīng)過第一電容C1和第一電阻R1組成的隔直電路后變成以0v為基線的模擬波形，再經(jīng)過雙路運算放大器U1、二極管D1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4組成的負半周翻轉電路后，輸出的波形正半周保持原樣，負半周水平翻轉到正半周。然后信號經(jīng)過單路運算放大器U3、第五電阻R5、第六電阻R6組成的放大電路放大電阻(R6+R5)/R5倍,輸出放大后的波形。再經(jīng)過第七電阻R7、第八電阻R8、第二電容C2、第三電容C3組成的積分隔直電路，把‘咔’聲的波形積分出包絡并濾掉波形底部比較平緩的部分。最后再經(jīng)過比較器U4把包絡轉成方波輸出INT中斷到微處理控制器MCU，第九電阻R9和第十電阻R10組成分壓電路，把比較器U4輸出的參考電壓分壓到合適的值作為比較器的比較基準電壓；微處理控制器MCU可根據(jù)方波信號產(chǎn)生的中斷進行計數(shù)，得出“咔”聲出現(xiàn)的次數(shù)。

以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬于本發(fā)明保護的范圍。