CN108051597A - 基于音频通信的血糖仪的通信方法 - Google Patents

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Jiangsu Yuyue Medical Equipment and Supply Co Ltd
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Abstract

本发明公开一种基于音频通信的血糖仪的通信方法，包括基于音频通信的血糖仪以及具有音频接口的PDA，血糖仪包括血糖仪主体，安装在所述血糖仪主体内部的音频接头、微控制芯片、声波通信电路、数模转换器；血糖仪主体包括音频通信模块，血糖仪的音频通信模块通过音频接头利用约定的数据交换协议与PDA通信；包括如下步骤：步骤1，血糖仪和PDA建立音频信道；步骤2，血糖仪接收来自于PDA的音频信号；步骤3，血糖仪被唤醒，并对音频信号进行解码；步骤4，血糖仪微控制芯片将试纸条的信息处理为数字信息；步骤5，血糖仪将数字信号编码为音频信号；血糖仪将音频信号通过音频信道发送给PDA；步骤6，PDA将音频信号进行解码，处理来自血糖仪的数据。

Description

基于音频通信的血糖仪的通信方法
技术领域
本发明属于医疗测量器件领域，具有涉及一种基于音频通信的血糖仪的通信方法。
背景技术
随着人民生活水平的提高，生活方式的改变，我国糖尿病发病率呈上升趋势，且糖尿病发病年龄呈现年轻化趋势，中青年人群，特别是30～40岁的男性，糖尿病患者的比重日益增高。
目前市面上传统的血糖仪包含血糖测量、数据存储和数据显示等功能。随着测量数据的累积，在血糖仪上查看记录会变得愈发困难。由于设备的限制，查看长期血糖趋势及统计数据的需求无法得到满足。因此，需要有更强大的设备来处理这些数据。同时，传统血糖仪普遍具备屏幕显示功能，体积较大，便携性受到限制。
目前，智能终端功能越来越强大，使得在手机上处理、显示、管理数据成为可能。同时，智能终端具有USB、蓝牙、NFC等多种通讯方式，可以与血糖仪进行数据交换。但是，由于手机型号众多，USB通讯方式某些手机可能无法支持；蓝牙等无线通讯方式存在着不稳定及模块成本较高等问题。
智能终端普遍具有音频接口，具备进行音频信号的输入输出能力。因此利用音频接口不仅可以有效降低成本，减小体积，同时也可避免上述通讯方式存在的问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种通过音频信道进行数据通信的血糖仪，解决传统血糖仪无数据传输功能的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种血糖仪的通信方法，包括基于音频通信的血糖仪以及具有音频接口的PDA，血糖仪包括血糖仪主体，还包括安装在所述血糖仪主体内部的音频接头、微控制芯片、声波通信电路、数模转换器；血糖仪主体包括音频通信模块，血糖仪的音频通信模块通过音频接头利用约定的数据交换协议与PDA通信；
通信过程包含如下步骤：
步骤1，血糖仪和PDA建立音频信道；
步骤2，血糖仪接收来自于PDA的音频信号；
步骤3，血糖仪被唤醒，并对音频信号进行解码；
步骤4，血糖仪微控制芯片将试纸条的信息处理为数字信息；
步骤5，血糖仪将数字信号编码为音频信号；血糖仪将音频信号通过音频信道发送给PDA；
步骤6，PDA将音频信号进行解码，处理来自血糖仪的数据。
在步骤3和步骤5中，血糖仪通过数模转换器将数字信号编码为可以在音频信道上传输的模拟信号，也可以通过这个数模转换器将在音频信道上采集的模拟信号解码为数字信号。
在步骤4中，血糖仪的发送的数据包括当前血糖仪的状态、血糖仪测量的数值等。
在步骤6中，PDA接收到音频信号后，信号进行采样，降噪，平滑等处理，最终将模拟信号转化为数字信号，并根据约定的协议进行解析并显示。
血糖仪的微控制芯片还连接有降噪芯片，当血糖仪收到音频信号后，也进行降噪过程。其降噪过程不同于PDA降噪方法。
血糖仪主体包括血糖测试模块、温度模块、供电模块、试纸模块；所述试纸模块包括试纸条插口；所述音频接头伸出所述血糖仪主体，通过连接PDA设备的音频接口向 PDA设备发送、接收音频信号；所述微控制芯片包括声波编解码电路；所述声波通信电路分别与所述微控制芯片及所述数模转换器连接，通过所述声波通信电路双向收发特定编码格式的声波。
所述音频接头的右声道用于唤醒PDA，左声道用于接收PDA发送的指令和数据，麦克风端口用于发送血糖仪本体的指令和数据。微控制芯片通过声波通信电路双向收发特定编码格式的声波的频率范围为：音频和/或超声波频率。
数据通信通过音频通信模块发送和接收两种不同频率的方波实现，其中一种频率的方波代表数据1，另一种频率的方波代表数据0，通过数据0和1的二进制数实现数据传输；数据协议为：000000000000解除音频淡入淡出的效果，数据头1110表示数据发送正式开始，接着是两个八位的二进制数组成的数据，并根据此数据安排一位的奇校验数据0或1，结束位1111表示数据发送完成。
PDA包括通过控制组件与血糖仪进行交互，用户界面用于展示数据并与用户进行交互，控制组件控制PDA与血糖仪进行交互，记录软件的运行状态，音频处理模块用于与血糖仪进行音频交互，包括音频编码电路、音频解码电路、音频发送模块和音频接收模块。
音频编码的具体过程如下：
步骤4.1按约定的协议将数字信号转换为高低电平。
步骤4.2通过系统API的编程接口将数据发至音频口。
音频解码的具体步骤如下：
步骤6.1通过API编程接口，获取从音频接口接收到的采样音频数据。
步骤6.2对音频数据进行降噪处理。
步骤6.3对音频数据进行平滑操作。
步骤6.4将音频数据转化为0-1数字信号，并根据约定的协议解析数据并显示。
为了保证声音不失真，在步骤6.1中，采用44.1kHz采样频率；由于声音失真较小，因此每秒采样的数据量极大。在采样过程中，PDA对音频信号感应十分灵敏，即使血糖仪并没有发送任何音频信号，也会有一些杂波被手机识别并量化为一些很小的数值，为了保证能够接收到有效的数据，因此步骤6.1中，设定了一个阈值范围，阈值范围内的数值被认为是有效的采样点；为了保证不丢失音频帧序列，在程序设计上采用了生产者 -消费者模型，即一个线程负责将音频采样值不断的加入一个队列中，另一个线程负责从该队列中不断的取出采样值并进行后续处理。
PDA在采样过程中会不可避免地产生噪音干扰，为了降低噪音对解析的影响，在步骤6.2中对采样的点进行降噪处理。本发明采用滑动平均滤波器对采样的音频信号进行降噪处理，首先将连续采样的N个数据作为一个队列，每次采样得到的新数据放入队尾，并将队首数据丢弃，然后，去除该队列中的最大及最小的数据点，并对队列中的N-2个数据作算术平均运算，计算得到的有效采样值即作为待分析的有用数据；该滤波器不仅能抑制信号中的高频噪音，提高信号的平滑度，并且运算量小、易于实现。
在经过上述处理后，从待处理的数据队列中依次取出数据。由于血糖仪发出的是两种不同频率的方波，因此只需根据收到的音频信号宽度，即一个周期内信号点的个数进行判定从而转化为0-1二进制数。最后根据约定的协议转换为对应的数据，显示到用户界面上。
附图说明
图1为本发明实施例的基于音频通信的血糖仪示意图。
图2为本发明实施例的PDA上系统结构示意图。
图3为本发明实施例的血糖仪与PDA的通信流程图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，其是根据本发明的智能血糖仪的示意图。血糖仪主体包括血糖测试模块、温度模块、供电模块、试纸模块、音频通信模块、音频接头。其中，音频接头，用于与PDA相连接。试纸模块包括试纸条插口，用于将试纸条插入其中进行相应的检测。
测量时将血糖仪本体通过音频接头插入有音频接口的PDA。其中，音频接头的右声道用于唤醒PDA，左声道用于接收PDA发送的指令和数据，麦克风端口用于发送血糖仪本体的指令和数据。本系统兼容符合国际标准及国家标准的两种音频接头。
血糖仪的音频通信模块通过音频接头利用约定的数据交换协议与PDA建立连接及收发数据。数据通信通过音频通信模块发送和接收两种不同频率的方波实现，其中一种频率的方波代表数据1，另一种频率的方波代表数据0。本实施例中选用了1.3kHz(± 100Hz)和650Hz(±100Hz)两种频率的方波，其中1.3kHz频率的方波代表数据1；650Hz 的方波代表数据0，通过数据0和1的二进制数实现数据传输。在本实施例中定义的数据协议为：000000000000解除音频淡入淡出的效果，数据头1110表示数据发送正式开始，接着是两个八位的二进制数组成的数据，并根据此数据安排一位的奇校验数据0或 1，结束位1111表示数据发送完成。
PDA通过控制组件与血糖仪进行交互。如图2是软件架构的设计。用户界面用于展示数据并与用户进行交互。控制组件用于控制整体软件的运行，记录软件的运行状态等。音频处理模块用于与血糖仪进行音频交互，包括音频编码电路、音频解码电路、音频发送模块和音频接收模块。
音频编码的具体过程如下：
(1)按约定的协议将数字信号转换为高低电平。
(2)通过操作系统API的编程接口将数据发至音频口。
音频解码的具体步骤如下：
(1)通过操作系统开放的API编程接口，获取从音频接口接收到的采样音频数据。
(2)对音频数据进行降噪处理。
(3)对音频数据进行平滑操作。
(4)将音频数据转化为0-1数字信号，并根据约定的协议解析数据并显示。
自然界中的声音是连续的模拟信号，而计算机只能识别二进制，因此需要把模拟信号转化为数字信号，这个过程就叫做采样。顾名思义，就是选取一些间断的点来转化。在步骤(1)中，为了保证声音不失真，采用44.1kHz采样频率。由于声音失真较小，因此每秒采样的数据量极大。在采样过程中，PDA对音频信号感应十分灵敏，即使血糖仪并没有发送任何音频信号，也会有一些杂波被手机识别并量化为一些很小的数值，为了保证能够接收到有效的数据，因此程序上设定了一个阈值，大于某一阈值及小于某一阈值的数值才会被认为是有效的采样点。为了保证不丢失音频帧序列，在程序设计上采用了生产者-消费者模型，即一个线程负责将音频采样值不断的加入一个队列中，另一个线程负责从该队列中不断的取出采样值并进行后续处理。
PDA在采样过程中会不可避免地产生噪音干扰，为了降低噪音对解析的影响，在步骤(2)中对采样的点进行降噪处理。本发明采用滑动平均滤波器对采样的音频信号进行降噪处理，首先将连续采样的N个数据作为一个队列，每次采样得到的新数据放入队尾，并将队首数据丢弃，然后，去除该队列中的最大及最小的数据点，并对队列中的 N-2个数据作算术平均运算，计算得到的有效采样值即作为待分析的有用数据；该滤波器不仅能抑制信号中的高频噪音，提高信号的平滑度，并且运算量小、易于实现。
在经过上述处理后，从待处理的数据队列中依次取出数据。由于血糖仪发出的是两种不同频率的方波，因此只需根据收到的音频信号宽度，即一个周期内信号点的个数进行判定从而转化为0-1二进制数。最后根据约定的协议转换为对应的数据，显示到用户界面上。
如图3所示，由PDA发起，当PDA检测到设备插入时，(1)开始发送握手指令。 (2)握手成功后PDA提示进行血糖测量步骤。血糖仪检测到试纸条插入时发送试纸插入指令。(3)血糖仪检测到有血滴入，发送滴血指令。(4)血糖仪测量完成时发送测量结果指令。
以上的实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.基于音频通信的血糖仪的通信方法，包括基于音频通信的血糖仪以及具有音频接口的PDA，其特征在于：血糖仪包括血糖仪主体，还包括安装在所述血糖仪主体内部的音频接头、微控制芯片、声波通信电路、数模转换器；血糖仪主体包括音频通信模块，血糖仪的音频通信模块通过音频接头利用约定的数据交换协议与PDA通信；
包括如下步骤：
步骤1，血糖仪和PDA建立音频信道；
步骤2，血糖仪接收来自于PDA的音频信号；
步骤3，血糖仪被唤醒，并对音频信号进行解码；
步骤4，血糖仪微控制芯片将试纸条的信息处理为数字信息；
步骤5，血糖仪将数字信号编码为音频信号；血糖仪将音频信号通过音频信道发送给PDA；
步骤6，PDA将音频信号进行解码，处理来自血糖仪的数据。
2.根据权利要求1所述的基于音频通信的血糖仪的通信方法，其特征在于：通信通过音频通信模块发送和接收两种不同频率的方波实现，其中一种频率的方波代表数据1，另一种频率的方波代表数据0，通过数据0和1的二进制数实现数据传输；数据协议为：000000000000解除音频淡入淡出的效果，数据头1110表示数据发送正式开始，接着是两个八位的二进制数组成的数据，并根据此数据安排一位的奇校验数据0或1，结束位1111表示数据发送完成。
3.根据权利要求1所述的基于音频通信的血糖仪的通信方法，其特征在于：步骤3和步骤5中，血糖仪通过数模转换器将数字信号编码为可以在音频信道上传输的模拟信号，也可以通过这个数模转换器将在音频信道上采集的模拟信号解码为数字信号；
步骤4中，血糖仪的发送的数据包括当前血糖仪的状态、血糖仪测量的数值等；
步骤6中，PDA接收到音频信号后，信号进行采样，降噪，平滑等处理，最终将模拟信号转化为数字信号，并根据约定的协议进行解析并显示。
4.根据权利要求1所述的基于音频通信的血糖仪的通信方法，其特征在于：PDA中系统包括用户界面、控制组件、音频处理模块；用户界面用于展示数据并与用户进行交互；控制组件控制PDA与血糖仪进行交互，记录软件的运行状态；音频处理模块用于与血糖仪进行音频交互，包括音频编码电路、音频解码电路、音频发送模块和音频接收模块。
5.根据权利要求1所述的基于音频通信的血糖仪的通信方法，其特征在于：血糖仪主体包括血糖测试模块、温度模块、供电模块、试纸模块；所述试纸模块包括试纸条插口；所述音频接头伸出所述血糖仪主体，通过连接PDA设备的音频接口向PDA设备发送、接收音频信号；所述微控制芯片包括声波编解码电路；所述声波通信电路分别与所述微控制芯片及所述数模转换器连接，通过所述声波通信电路双向收发特定编码格式的声波。
6.根据权利要求1所述的基于音频通信的血糖仪的通信方法，其特征在于：所述音频接头的右声道用于唤醒PDA，左声道用于接收PDA发送的指令和数据，麦克风端口用于发送血糖仪本体的指令和数据；微控制芯片通过声波通信电路双向收发特定编码格式的声波的频率范围为：音频和/或超声波频率。
7.根据权利要求1至6中任一所述的基于音频通信的血糖仪的通信方法，其特征在于：
音频编码的具体过程如下：
步骤4.1，按约定的协议将数字信号转换为高低电平；
步骤4.2，通过系统API的编程接口将数据发至音频接口；
音频解码的具体步骤如下：
步骤6.1，通过API编程接口，获取从音频接口接收到的采样音频数据；
步骤6.2，对音频数据进行降噪处理；
步骤6.3，对音频数据进行平滑操作；
步骤6.4，将音频数据转化为0-1数字信号，解析数据并显示。
8.根据权利要求7所述的基于音频通信的血糖仪的通信方法，其特征在于：步骤6.1中，采用44.1kHz采样频率；预先设定阈值范围，阈值范围内的数值被认为是有效的采样点；采用了生产者-消费者模型，即一个线程负责将音频采样值不断的加入一个队列中，另一个线程负责从该队列中不断的取出采样值并进行后续处理。
9.根据权利要求7所述的基于音频通信的血糖仪的通信方法，其特征在于：步骤6.2中，采用滑动平均滤波器对采样的音频信号进行降噪处理，首先将连续采样的N个数据作为一个队列，每次采样得到的新数据放入队尾，并将队首数据丢弃，然后，去除该队列中的最大及最小的数据点，并对队列中的N-2个数据作算术平均运算，计算得到的有效采样值即作为待分析的有用数据；
经过处理后，从待处理的数据队列中依次取出数据；根据收到的音频信号宽度，转化为0-1二进制数；最后根据约定的协议转换为对应的数据，显示到用户界面上。
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