CN111419271A - 一种智能无线听诊器 - Google Patents

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CN111419271A CN202010314004.2A CN202010314004A CN111419271A CN 111419271 A CN111419271 A CN 111419271A CN 202010314004 A CN202010314004 A CN 202010314004A CN 111419271 A CN111419271 A CN 111419271A
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黄关宏
刘宝玲
杨云云
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Abstract

本发明涉及听诊器技术领域，具体地说，涉及一种智能无线听诊器。其包括储物盒、蓝牙耳机和无线听诊器，所述储物盒包括底盒，所述底盒内部开设有内槽，所述内槽内部至少开设有两个耳机槽，所述蓝牙耳机的尺寸和耳机槽的尺寸相适配，所述内槽内部开设有听诊器槽，所述无线听诊器的尺寸和听诊器槽的尺寸相适配。该智能无线听诊器中，储物盒整体呈椭圆形，能够将蓝牙耳机和无线听诊器同时收纳在储物盒内，方便携带和收纳，蓝牙耳机配套设置多个，且与同一个无线听诊器蓝牙连接，实现同时多人听诊，蓝牙耳机和无线听诊器采用无线充电，使得蓝牙耳机和无线听诊器在不使用状态时，能够随时充电，保障蓝牙耳机和无线听诊器电量充足。

Description

一种智能无线听诊器
技术领域
本发明涉及听诊器技术领域，具体地说，涉及一种智能无线听诊器。
背景技术
听诊器是内外妇儿医师最常用的诊断用具，用于收集和放大从心脏、肺部、动脉、静脉和其他内脏器官处发出的声音。现有的听诊器通常由听诊头、导音管、耳挂组成，由于导音管和耳挂结构体积较大，不便于随身携带，且听诊时，也只能由一个医师进行听诊。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能无线听诊器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种智能无线听诊器，包括储物盒、蓝牙耳机和无线听诊器，所述储物盒包括底盒，所述底盒的一侧铰接有翻盖，所述底盒内部开设有内槽，所述内槽内部至少开设有两个耳机槽，所述蓝牙耳机的尺寸和耳机槽的尺寸相适配，所述内槽内部开设有听诊器槽，所述无线听诊器的尺寸和听诊器槽的尺寸相适配，所述蓝牙耳机的外壁安装有蓝牙耳机连接开关，所述无线听诊器包括控制盒，所述控制盒的底部安装有适音片，所述控制盒的顶部安装有控制盒连接开关。
作为优选，所述无线听诊器和蓝牙耳机的音频传输方法步骤如下：
S1.1、音频信号进行采集，通过适音片对音频信号进行采集，并将采集的音频信号传输至控制盒内部的音频处理系统内进行音频信号处理；
S1.2、经过音频处理系统处理后的音频信号通过蓝牙发送端将信号发送至蓝牙耳机的蓝牙接收端；
S1.3、蓝牙耳机的蓝牙接收端接收音频信号，并在蓝牙耳机内播放。
作为优选，所述音频处理系统的音频信号处理步骤如下：
S1.1.1、采集音频信号，使用MATLAB中的wavread命令对音频文件进行采集，并使用sound命令对原信号进行播放用于对添加噪声后的信号进行对比；
S1.1.2、利用傅里叶变换求信号的频域并作图，使用MATLAB中的傅里叶变换命令对已经采集到的音频信号做傅里叶变换，变换完成后画出其在频域上的波形并对原时域上的波形进行对比；
S1.1.3、对采样后的信号进行加噪声处理，MATLAB中的随机函数rand产生噪声加入到音频信号中，模仿音频信号被污染，并对添加噪声后的文件进行频谱分析；
S1.1.4、数字滤波，根据指标先写出模拟滤波器的公式，再通过一定的变换，将模拟滤波器的公式转换成数字滤波器的公式。
作为优选，所述S1.1.2中，傅里叶变换采用离散傅里叶变换，其定义为：
Figure BDA0002458796300000021
作为优选，所述储物盒的外壁设置有总开关，所述储物盒的外壁开设有充电口，所述储物盒的内壁设置有无线充电发射模块，所述蓝牙耳机的内部设置有无线充电接收模块。
作为优选，所述储物盒和蓝牙耳机无线充电步骤如下：
S2.1、将蓝牙耳机放入储物盒内部的耳机槽内；
S2.2、打开总开关，使得储物盒内部的无线充电发射模块工作，发射电压信号；
S2.3、采用荡信号发生器为无线充电发射模块提供激励信号；
S2.4、采用谐振功率放大器调节谐振频率，使得功率放大器的选频回路的谐振频率与激励信号频率相同；
S2.5、蓝牙耳机的无线充电接收模块接收感生电压，进行充电。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、该智能无线听诊器中，佩套蓝牙耳机和无线听诊器蓝牙连接，无需导音管连接，便于携带。
2、该智能无线听诊器中，储物盒整体呈椭圆形，能够将蓝牙耳机和无线听诊器同时收纳在储物盒内，方便携带和收纳。
3、该智能无线听诊器中，蓝牙耳机配套设置多个，且与同一个无线听诊器蓝牙连接，实现同时多人听诊。
4、该智能无线听诊器中，蓝牙耳机和无线听诊器采用无线充电，使得蓝牙耳机和无线听诊器在不使用状态时，能够随时充电，保障蓝牙耳机和无线听诊器电量充足。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的储物盒结构示意图；
图3为本发明的蓝牙耳机结构示意图；
图4为本发明的无线听诊器结构示意图；
图5为本发明的蓝牙传输工作原理框图；
图6为本发明的单片机引脚图；
图7为本发明的无线充电工作原理框图；
图8为本发明的无线充电发射模块工作原理图；
图9为本发明的荡信号发生器工作原理图；
图10为本发明的谐振功率放大器工作原理图；
图11为本发明的无线充电接收模块工作原理图。
1、储物盒；11、底盒；12、翻盖；13、内槽；14、耳机槽；15、听诊器槽；16、总开关；17、充电口；2、蓝牙耳机；21、蓝牙耳机连接开关；3、无线听诊器；31、控制盒；32、适音片；33、控制盒连接开关。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图11所示，本发明提供一种技术方案：
本发明提供一种智能无线听诊器，包括储物盒1、蓝牙耳机2和无线听诊器3，储物盒1包括底盒11，底盒11的一侧铰接有翻盖12，翻盖12翻转能够卡接在底盒11顶部，便于对储物盒1进行封盖，底盒11内部开设有内槽13，内槽13内部至少开设有两个耳机槽14，蓝牙耳机2的尺寸和耳机槽14的尺寸相适配，能够将蓝牙耳机2收纳在耳机槽14内，方便对蓝牙耳机2进行收纳和携带，内槽13内部开设有听诊器槽15，无线听诊器3的尺寸和听诊器槽15的尺寸相适配，能够将无线听诊器3收纳在听诊器槽15内，方便对无线听诊器3进行收纳和携带，同时，储物盒1整体呈椭圆形，能够将蓝牙耳机2和无线听诊器3同时收纳在储物盒1内，方便携带和收纳。
进一步的，蓝牙耳机2的外壁安装有蓝牙耳机连接开关21，便于打开蓝牙耳机2的蓝牙连接模块，实现蓝牙连接，无线听诊器3包括控制盒31，控制盒31的底部安装有适音片32，控制盒31的顶部安装有控制盒连接开关33，便于打开控制盒31的蓝牙连接模块，实现蓝牙连接。
具体的，无线听诊器3和蓝牙耳机2的音频传输方法步骤如下：
S1.1、音频信号进行采集，通过适音片32对音频信号进行采集，并将采集的音频信号传输至控制盒31内部的音频处理系统内进行音频信号处理；
S1.2、经过音频处理系统处理后的音频信号通过蓝牙发送端将信号发送至蓝牙耳机2的蓝牙接收端；
S1.3、蓝牙耳机2的蓝牙接收端接收音频信号，并在蓝牙耳机2内播放。
其中，蓝牙发送端和蓝牙接收端基于HC-05蓝牙模块设计，HC-05蓝牙模块为嵌入式蓝牙串口模块具有两种工作模式：命令响应工作模式和自动连接工作模式，在自动连接工作模式下模块又可以分为主(Master)、从(Slave)和回环(Loopback)三种工作状态，当模块处于自动连接工作模式时，将自动根事先设定的方式连接数据传输；当模块处于命令响应工作模式时能执行下述所有AT命令，用户可以向模块发送各种AT指令，为模块设定控制参数或发布控制命令。通过控制模块外部引脚输入电平，可以实现模块工作状态的动态切换。
其中，蓝牙模块数据传输采用STC89C52单片机进行控制，其引脚如图6所示：
VCC:供电电源；
GND:接地；
P0端口(P0.0～P0.7，39～32引脚)：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可选作高阻抗输入，当芯片访问程序的时候，P0端口也可提供低8位的地址和8位的复用总线。在编程时，P0端口接收指令；而在校验程序时，则输出指令。验证时，需要外接上拉电阻；
P1端口(P1.0～P1.7，1～8引脚)：P1端口是一个内部自带上拉电阻的8位双向数据口，P1的输出缓冲器可驱动或者吸收或者输出电流。端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些外部被拉低的引脚会输出一个电流。
进一步的，音频处理系统的音频信号处理步骤如下：
S1.1.1、采集音频信号，使用MATLAB中的wavread命令对音频文件进行采集，并使用sound命令对原信号进行播放用于对添加噪声后的信号进行对比；
S1.1.2、利用傅里叶变换求信号的频域并作图，使用MATLAB中的傅里叶变换命令对已经采集到的音频信号做傅里叶变换，变换完成后画出其在频域上的波形并对原时域上的波形进行对比；
S1.1.3、对采样后的信号进行加噪声处理，MATLAB中的随机函数rand产生噪声加入到音频信号中，模仿音频信号被污染，并对添加噪声后的文件进行频谱分析；
S1.1.4、数字滤波，根据指标先写出模拟滤波器的公式，再通过一定的变换，将模拟滤波器的公式转换成数字滤波器的公式。
本实施例中，音频信号进行采集依据采样定理进行，在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5-10倍；采样定理又称奈奎斯特定理，及频带为F的连续信号f(t)可用一系列离散的采样值f(t1),f(t1±Δt)，f(t1±2Δt)，来表示,只要这些采样点的时间间隔Δt≤1/(2F)，便可根据各采样值完全恢复原来的信号f(t)。
进一步的，S1.1.2中，傅里叶变换采用离散傅里叶变换，其定义为：
Figure BDA0002458796300000061
其中，MATLAB中调用快速傅里叶变换函数的命令为：
X＝FFT(x)，返回应用快速傅立叶方法计算得到的矢量X的离散傅立叶变换(DFT)，如果X为矩阵，fft返回矩阵每一列的傅立叶变换，如果X为多维数组，fft运算从第一个非独立维开始执行；
Y＝fft(x)，返回应用快速傅立叶方法计算得到的矢量X的离散傅立叶变换(DFT)，如果X为矩阵，fft返回矩阵每一列的傅立叶变换，如果X为多维数组，fft运算从第一个非独立维开始执行；
Y＝fft(X,n)，返回n点的离散傅立叶变换，如果X的长度小于n，X中补0使其与n的长度相同，如果X的长度大于n，则X的多出部分将被删除；如X为矩阵，用同样方法处理矩阵列的长度。
一般而言，对于N点的x(n)序列的FFT是N点的复数序列，其点n＝N/2+1对应Nyquist频率，作频谱分析时仅取序列X(k)的前一半，即前N/2点即可。X(k)的后一半序列和前一半序列时对称的。若N点序列x(n)(n＝0,1,…,N-1)是在采样频率下获得的。它的FFT也是N点序列，即X(k)(k＝0,1,2,…,N-1)，则第k点所对应实际频率值为f＝k*f/N.作FFT分析时，幅值大小与FFT选择点数有关。
再进一步的，数字滤波定义为：给代表输入信号的数字时间序列转化为代表输出信号的数字时间序列，并在转化过程中，使信号按预定的形式变化。数字滤波器有多种分类，根据数字滤波器冲激响应的时域特征，可将数字滤波器分为两种，即无限长冲激响应(IIR)滤波器和有限长冲激响应(FIR)滤波器，不论是IIR滤波器还是FIR滤波器的设计都包括三个步骤：
①、按照实际任务的要求，确定滤波器的性能指标；
②、用一个因果、稳定的离散线性时不变系统的系统函数去逼近这一性能指标。根据不同的要求可以用IIR系统函数，也可以用FIR系统函数去逼近；
③、利用有限精度算法实现系统函数，包括结构选择、字长选择等。
其中，IIR数字滤波器公式为：
Figure BDA0002458796300000071
其中，FIR数字滤波器滤波计算公式为：
y(k)＝a0x(k)+alx(k+1)+a2x(k+2)+...+amx(k+m)k＝0，1，…，N-m。
对于，低通滤波器，有滤波器系数计算公式：
C0＝vl
Figure BDA0002458796300000072
对高通滤波器，有滤波器系数计算公式：
C0＝1-vl
Figure BDA0002458796300000073
对带通滤波器，有滤波器系数计算公式：
C0＝v2-vl
Figure BDA0002458796300000074
此外，对采集信号进行加噪声处理方法为：采用MATLAB中的随机函数rand产生噪声加入到语音信号中，通过对噪声信号的加入以此来实现模仿语音信号被污染，并对添加噪声后的文件进行频谱分析，程序如下：
Clear all；
music＝input(’输入文件名：’，’s’)
[y，fs，nbits]＝wavread(music)；％语音信号的采集
n＝length(y)
Noise＝0.3*randn(n,2)；％编辑噪声
s＝y+Noise；
Y＝fft(y,n)；
sound(s)；
S＝fft(s)；
Figure；
subplot(2,2,1)；
plot(y,'r')；
title('时域波形图','fontweight','bold')；
grid；
subplot(2,2,2)；
plot(abs(Y),'r')；
title('频域波形图','fontweight','blod')；
subplot(2,2,3)；
plot(s)；
title('加噪时域波形图','fontweight','bold')；
grid；
subplot(2,2,4)；
plot(abs(S))；
title('加噪频域波形图','fontweight','bold')；
grid；
进一步的，蓝牙耳机2配套有多个，供同时多人听诊。
本实施例中，储物盒1的外壁设置有总开关16，储物盒1的外壁开设有充电口17，储物盒1的内壁设置有无线充电发射模块，蓝牙耳机2的内部设置有无线充电接收模块。
进一步的，储物盒1和蓝牙耳机2无线充电步骤如下：
S2.1、将蓝牙耳机2放入储物盒1内部的耳机槽14内；
S2.2、打开总开关16，使得储物盒1内部的无线充电发射模块工作，发射电压信号；
S2.3、采用荡信号发生器为无线充电发射模块提供激励信号；
S2.4、采用谐振功率放大器调节谐振频率，使得功率放大器的选频回路的谐振频率与激励信号频率相同；
S2.5、蓝牙耳机2的无线充电接收模块接收感生电压，进行充电。
其中，无线充电发射模块工作原理如图8所示，发射电路由振荡信号发生器和谐振功率放大器两部分组成，振荡信号发生器电路如图9所示，谐振功率放大器电路如图10所示，采用NE555构成振荡频率约为510KHZ信号发生器，为功放电路提供激励信号，谐振功率放大器由LC并联谐振回路和开关管IRF840构成，振荡线圈按要求用直径为0.80mm的漆包线密绕20圈，直径约为6.5cm，实测电感值约为142uH，当谐振在510KHZ时，与其并联的电容C5、C6约为680p，可用470pF的固定，电容并联一个200PF的可调电容，可方便调节谐振频率，大功率管TRF840最大电流为8A、完全开启时内阻为0.85欧，管子发热量大，所以需要加装散热片，当功率放大器的选频回路的谐振频率与激励信号频率相同时，功率放大器发生谐振，此时线圈中的电压和电流达最大值，从而产生最大的交变电磁场，当接收线圈与发射线圈靠近时，在接收线圈中产生感生电压，当接收线圈回路的谐振频率与发射频率相同时产生谐振，电压达最大值，实际上，发射线圈回路与接收线圈回路均处于谐振状态时，具有最好的能量传输效果。
具体的，无线充电接收模块工作原理如图11所示，电能经过线圈接收后，高频交流电压经快速二极1N4148进行全波整流，3300F的电容滤波，再用5.1V稳压二极管稳压，输出直流电为充电器提供较为稳定的工作电压。
由于，Uc(t)＝1C∫i(t)dt，为了准确控制充电时间，本发明中采用恒流充电的方法，可以保证充电电流大致为一常数I，上述电容电压与时间的关系可表示为：Uc(t)＝Ict。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种智能无线听诊器，包括储物盒(1)、蓝牙耳机(2)和无线听诊器(3)，其特征在于：所述储物盒(1)包括底盒(11)，所述底盒(11)的一侧铰接有翻盖(12)，所述底盒(11)内部开设有内槽(13)，所述内槽(13)内部至少开设有两个耳机槽(14)，所述蓝牙耳机(2)的尺寸和耳机槽(14)的尺寸相适配，所述内槽(13)内部开设有听诊器槽(15)，所述无线听诊器(3)的尺寸和听诊器槽(15)的尺寸相适配，所述蓝牙耳机(2)的外壁安装有蓝牙耳机连接开关(21)，所述无线听诊器(3)包括控制盒(31)，所述控制盒(31)的底部安装有适音片(32)，所述控制盒(31)的顶部安装有控制盒连接开关(33)。
2.根据权利要求1所述的智能无线听诊器，其特征在于：所述无线听诊器(3)和蓝牙耳机(2)的音频传输方法步骤如下：
S1.1、音频信号进行采集，通过适音片(32)对音频信号进行采集，并将采集的音频信号传输至控制盒(31)内部的音频处理系统内进行音频信号处理；
S1.2、经过音频处理系统处理后的音频信号通过蓝牙发送端将信号发送至蓝牙耳机(2)的蓝牙接收端；
S1.3、蓝牙耳机(2)的蓝牙接收端接收音频信号，并在蓝牙耳机(2)内播放。
3.根据权利要求2所述的智能无线听诊器，其特征在于：所述音频处理系统的音频信号处理步骤如下：
S1.1.1、采集音频信号，使用MATLAB中的wavread命令对音频文件进行采集，并使用sound命令对原信号进行播放用于对添加噪声后的信号进行对比；
S1.1.2、利用傅里叶变换求信号的频域并作图，使用MATLAB中的傅里叶变换命令对已经采集到的音频信号做傅里叶变换，变换完成后画出其在频域上的波形并对原时域上的波形进行对比；
S1.1.3、对采样后的信号进行加噪声处理，MATLAB中的随机函数rand产生噪声加入到音频信号中，模仿音频信号被污染，并对添加噪声后的文件进行频谱分析；
S1.1.4、数字滤波，根据指标先写出模拟滤波器的公式，再通过一定的变换，将模拟滤波器的公式转换成数字滤波器的公式。
4.根据权利要求3所述的智能无线听诊器，其特征在于：所述S1.1.2中，傅里叶变换采用离散傅里叶变换，其定义为：
Figure FDA0002458796290000021
0≤k≤N-1。
5.根据权利要求1所述的智能无线听诊器，其特征在于：所述储物盒(1)的外壁设置有总开关(16)，所述储物盒(1)的外壁开设有充电口(17)，所述储物盒(1)的内壁设置有无线充电发射模块，所述蓝牙耳机(2)的内部设置有无线充电接收模块。
6.根据权利要求5所述的智能无线听诊器，其特征在于：所述储物盒(1)和蓝牙耳机(2)无线充电步骤如下：
S2.1、将蓝牙耳机(2)放入储物盒(1)内部的耳机槽(14)内；
S2.2、打开总开关(16)，使得储物盒(1)内部的无线充电发射模块工作，发射电压信号；
S2.3、采用荡信号发生器为无线充电发射模块提供激励信号；
S2.4、采用谐振功率放大器调节谐振频率，使得功率放大器的选频回路的谐振频率与激励信号频率相同；
S2.5、蓝牙耳机(2)的无线充电接收模块接收感生电压，进行充电。
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