CN206282111U - 一种自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路 - Google Patents

Abstract

一种自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，该电路能自动拾取胰岛素笔转动的音频信号，通过识别、分析对音频信号进行处理，通过计算方波出现的次数，得出胰岛素注射剂量。通过低成本、低功耗的设计，让机械式胰岛素笔能够用便宜的配件具备自动记录的能力，方便糖尿病患者更好的长期管理自己的健康。

Description

一种自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路

技术领域

本实用新型涉及一种胰岛素笔注射声音的电路，特别是指一种自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路。

背景技术

通过分析机械式胰岛素笔的使用过程，我们发现它在注射胰岛素时，笔的内部机械齿轮啮合，会在每注射一个单位胰岛素时发出一个声音“咔”，通过录音计算分析出“咔”声出现的次数，也就能够知道注射了多少个单位胰岛素。传统语音识别的做法是首先高精度采样把声音转成数字信号，然后找出“咔”声信号的一系列特征点，通过识别匹配相似特征点出现的次数，就可以得到“咔”声出现的次数，也即是齿轮啮合的次数，最后换算得出胰岛素注射的剂量。由于需要声音采样的精度很高，并且匹配计算的工作量也很大，一般需要高成本高功耗的DSP来运算处理，功耗至少在50mA以上，硬件成本一般至少20美元以上。

本实用新型采用低成本的组合模拟电路来分析处理声音模拟信号，最后变成方波数字信号，让低成本微控制器来通过中断算出“咔”声出现的次数。硬件成本可以在2美元之内。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低成本、高效率自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，该电路能自动拾取胰岛素笔转动的音频信号，通过识别、分析对音频信号进行处理，通过计算方波出现的次数，得出胰岛素注射剂量。

所述的自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，该电路包括：拾取声音信号输出模拟波形的音频信号拾取单元1，采用阻容电路实现信号隔直的信号隔直单元2，采用运算放大器加上二极管实现信号负半周翻转的信号负半周翻转单元3；采用运算放大器实现信号放大的信号放大单元4；采用阻容实现包络积分的信号包络积分单元5；采用比较器来转换包络波形到方波的信号比较单元6；控制处理上述信号流程的微控制器单元7；以及为上述电路提供工作电源的电源单元8；所述的音频信号拾取单元1将采集到的外界声音输出9，这个信号是带偏压的，经过信号隔直单元2后变成0伏上下震荡的模拟波形，再经过信号负半周翻转单元3把0伏以下的波形全部翻转到0v以上，然后再经过信号放大单元4和信号包络积分单元5之后输出波形10，最后经过信号比较单元6输出方波信号11到微控制器单元7处理，微控制器单元7可根据方波信号产生的中断进行计数，得出“咔”声出现的次数。

所述的自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，所述的音频信号拾取单元1包括：麦克风U2，麦克风U2的1脚接信号隔直单元2的输入端；麦克风U2的2脚接地，麦克风U2的3脚接电源VDD；所述的硅麦克风U2采用瑞声科技AAC公司生产的型号为SM0102B-NE381-X01的硅麦克风；也可选用其他结构尺寸合适的模拟麦克风器件。

所述的自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，所述的信号隔直单元2由串联的第一电容C1和第一电阻R1组成，所述的第一电容C1一端与音频信号拾取单元1的输出端相连，所述的第一电容C1的另一端与第一电阻R1相连，第一电阻R1的另一端接地，所述的第一电容C1与第一电阻R1之间接信号负半周翻转单元3的输入端。

所述的自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，所述的信号负半周翻转单元3包括：双路运算放大器U1、高速二极管D1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4，双路运算放大器U1的1脚接高速二极管D1后与2脚并联，双路运算放大器U1的3脚、4脚接地；双路运算放大器U1的5脚与串联的第二电阻R2和第三电阻R3，双路运算放大器U1的6脚与7脚之间接第四电阻R4，双路运算放大器U1的8脚接信号放大单元4的输入端。

所述的自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，所述的信号放大单元4包括：单路运算放大器U3、第五电阻R5、第六电阻R6,所述的单路运算放大器U3的3脚接双路运算放大器U1的输入端，所述的单路运算放大器U3的2脚接地，所述的单路运算放大器U3的5脚接VDD，所述的单路运算放大器U3的4脚接串联的第五电阻R5与第六电阻R6之间，第五电阻R5的另一端接地，第六电阻R6的另一端与所述的单路运算放大器U3的1脚并联与信号包络积分单元5输入端相连。

所述的自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，所述的信号包络积分单元5包括：第七电阻R7、第八电阻R8、第二电容C2、第三电容C3,所述的第七电阻R7与第三电容C3串联，所述的第七电阻R7另一端接信号放大单元4的输出端，第三电容C3的另一端与第八电阻R8并联后接信号比较单元6的输入端，第八电阻R8的另一端接地，第二电容C2并联在第七电阻R7与第三电容C3之间，第二电容C2的另一端接地。

所述的自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，所述的信号比较单元6包括：比较器U4、第九电阻R9和第十电阻R10，所述的比较器U4的3脚接信号包络积分单元5的输出端，所述的比较器U4的2脚接地，所述的比较器U4的6脚接VDD，所述的比较器U4的5脚并联电阻R9和电阻R10接地，所述的比较器U4的4脚接并联第九电阻R9与第十电阻R10之间，所述的比较器U4的1脚接微控制器单元7的输入端。

所述的自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，所述的第九电阻R9和第十电阻R10组成分压电路，把比较器输出的参考电压分压到合适的值作为比较器的比较基准电压。

使用本实用新型的有益效果在于：通过低成本、低功耗的设计，让机械式胰岛素笔能够用便宜的配件具备自动记录的能力，方便糖尿病患者更好的长期管理自己的健康。

附图说明

图1为本实用新型的方框原理示意图；

图2为图1的电路原理图；

图3为音频信号拾取单元输出的原始波形图；

图4为经过信号包络积分后的波形图；

图5为经过信号比较单元处理后的波形图；

其中：

1～音频信号拾取单元

2～信号隔直单元

3～信号负半周翻转单元

4～信号放大单元

5～信号包络积分单元

6～信号比较单元

7～微控制器单元

8～电源单元

U1～双路运算放大器 U2～硅麦克风

U3～单路运算放大器 U4～比较器

D1～二极管 MCU～蓝牙芯片

R1～第一电阻 R2～第二电阻

R3～第三电阻 R4～第四电阻

R5～第五电阻 R6～第六电阻

R7～第七电阻 R8～第八电阻

R9～第九电阻 R10～第十电阻

C1～第一电容 C2～第二电容

C3～第三电容

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图1说明本实用新型的具体实施方式。

如图1、图2所示，一种自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，该电路能自动拾取胰岛素笔转动的音频信号，通过识别、分析对音频信号进行处理，通过计算方波出现的次数，得出胰岛素注射剂量；该电路包括：拾取声音信号输出模拟波形的音频信号拾取单元1，采用阻容电路实现信号隔直的信号隔直单元2，采用运算放大器加上二极管实现信号负半周翻转的信号负半周翻转单元3；采用运算放大器实现信号放大的信号放大单元4；采用阻容实现包络积分的信号包络积分单元5；采用比较器来转换包络波形到方波的信号比较单元6；控制处理上述信号流程的微控制器单元7；以及为上述电路提供工作电源的电源单元8；所述的音频信号拾取单元1将采集到的外界声音输出9，这个信号是带偏压的，经过信号隔直单元2后变成0伏上下震荡的模拟波形，再经过信号负半周翻转单元3把0伏以下的波形全部翻转到0v以上，然后再经过信号放大单元4和信号包络积分单元5之后输出波形10，最后经过信号比较单元6输出方波信号11到微控制器单元7处理，微控制器单元7可根据方波信号产生的中断进行计数，得出“咔”声出现的次数；所述的音频信号拾取单元1包括：麦克风U2，麦克风U2的1脚接信号隔直单元2的输入端；麦克风U2的2脚接地，麦克风U2的3脚接电源VDD；所述的麦克风U2采用瑞声科技AAC公司的型号为SM0102B-NE381-X01的硅麦克风，也可选用其他的模拟麦克风，选用灵敏度高的麦克风可以提高信噪比，有利于提高测量精度；所述的信号隔直单元2由串联的第一电容C1和第一电阻R1组成，所述的第一电容C1一端与音频信号拾取单元1的输出端相连，所述的第一电容C1的另一端与第一电阻R1相连，第一电阻R1的另一端接地，所述的第一电容C1与第一电阻R1之间接信号负半周翻转单元3的输入端；所述的信号负半周翻转单元3包括：双路运算放大器U1、高速二极管D1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4，双路运算放大器U1的1脚接高速二极管D1后与2脚并联，双路运算放大器U1的3脚、4脚接地；双路运算放大器U1的5脚与串联的第二电阻R2和第三电阻R3，双路运算放大器U1的6脚与7脚之间接第四电阻R4，双路运算放大器U1的8脚接信号放大单元4的输入端；所述的信号放大单元4包括：单路运算放大器U3、第五电阻R5、第六电阻R6,所述的单路运算放大器U3的3脚接双路运算放大器U1的输入端，所述的单路运算放大器U3的2脚接地，所述的单路运算放大器U3的5脚接VDD，所述的单路运算放大器U3的4脚接串联的第五电阻R5与第六电阻R6之间，第五电阻R5的另一端接地，第六电阻R6的另一端与所述的单路运算放大器U3的1脚并联与信号包络积分单元5输入端相连；所述的信号包络积分单元5包括：第七电阻R7、第八电阻R8、第二电容C2、第三电容C3,所述的第七电阻R7与第三电容C3串联，所述的第七电阻R7另一端接信号放大单元4的输出端，第三电容C3的另一端与第八电阻R8并联后接信号比较单元6的输入端，第八电阻R8的另一端接地，第二电容C2并联在第七电阻R7与第三电容C3之间，第二电容C2的另一端接地；所述的信号比较单元6包括：比较器U4、第九电阻R9和第十电阻R10，所述的比较器U4的3脚接信号包络积分单元5的输出端，所述的比较器U4的2脚接地，所述的比较器U4的6脚接VDD，所述的比较器U4的5脚并联电阻R9和电阻R10接地，所述的比较器U4的4脚接并联第九电阻R9与第十电阻R10之间，所述的比较器U4的1脚接微控制器单元7的输入端；所述的第九电阻R9和第十电阻R10组成分压电路，把比较器输出的参考电压分压到合适的值作为比较器的比较基准电压。

此间说明的是：双路运算放大器U1采用思瑞浦3PEAK公司生产的型号为TP1512的双路运算放大器；所述的麦克风U2采用瑞声科技AAC公司生产的型号为SM0102B-NE381-X01的硅麦克风，可选用其他的模拟麦克风；单路运算放大器U3采用思瑞浦3PEAK公司生产的型号为TP1511的单路运算放大器；比较器U4采用思瑞浦3PEAK公司生产的型号为TP2021的带参考电压输出的比较器；二极管D1采用型号为1N4148的高速二极管；微处理控制器MCU采用赛普拉斯Cypress生产的型号为CYBL10563-68FNXIT的蓝牙芯片。

如附图1至图5所示，音频信号拾取单元1采集到外界声音输出模拟器信号9，这个信号是带偏压的，经过信号隔直单元2后变成0伏上下震荡的模拟波形，再经过信号负半周翻转单元3把0伏以下的波形全部翻转到0v以上，然后再经过信号放大4和包络积分5之后输出波形10，最后经过信号比较单元6输出方波信号11到微控制单元7处理，微控制单元7可根据方波信号产生的中断进行计数，得出“咔”声出现的次数。电源单元8用于整个系统供电。

下面再结合附图，对本实用新型电路的工作原理进行简单说明：如图1至图5所示，硅麦克风U2用于音频信号拾取，输出带偏压的音频模拟信号，经过第一电容C1和第一电阻R1组成的隔直电路后变成以0v为基线的模拟波形，再经过双路运算放大器U1、二极管D1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4组成的负半周翻转电路后，输出的波形正半周保持原样，负半周水平翻转到正半周。然后信号经过单路运算放大器U3、第五电阻R5、第六电阻R6组成的放大电路放大电阻(R6+R5)/R5倍,输出放大后的波形。再经过第七电阻R7、第八电阻R8、第二电容C2、第三电容C3组成的积分隔直电路，把‘咔’声的波形积分出包络并滤掉波形底部比较平缓的部分。最后再经过比较器U4把包络转成方波输出INT中断到微处理控制器MCU，第九电阻R9和第十电阻R10组成分压电路，把比较器U4输出的参考电压分压到合适的值作为比较器的比较基准电压；微处理控制器MCU可根据方波信号产生的中断进行计数，得出“咔”声出现的次数。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (9)

1.一种自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，该电路能自动拾取胰岛素笔转动的音频信号，通过识别、分析对音频信号进行处理，通过计算方波出现的次数，得出胰岛素注射剂量。

2.根据权利要求1所述的自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，其特征在于：该电路包括：拾取声音信号输出模拟波形的音频信号拾取单元(1)，采用阻容电路实现信号隔直的信号隔直单元(2)，采用双路运算放大器加上二极管实现信号负半周翻转的信号负半周翻转单元(3)；采用运算放大器实现信号放大的信号放大单元(4)；采用阻容实现包络积分的信号包络积分单元(5)；采用比较器来转换包络波形到方波的信号比较单元(6)；控制处理上述信号流程的微控制器单元(7)；以及为上述电路提供工作电源的电源单元(8)；

所述的音频信号拾取单元(1)将采集到的外界声音输出(9)，这个信号是带偏压的，经过信号隔直单元(2)后变成0伏上下震荡的模拟波形，再经过信号负半周翻转单元(3)把0伏以下的波形全部翻转到0v以上，然后再经过信号放大单元(4)和信号包络积分单元(5)之后输出波形(10)，最后经过信号比较单元(6)输出方波信号(11)到微控制器单元(7)处理，微控制器单元(7)可根据方波信号产生的中断进行计数，得出“咔”声出现的次数。

3.根据权利要求1所述的自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，其特征在于：所述的音频信号拾取单元(1)包括：硅麦克风(U2)，硅麦克风(U2)的1脚接信号隔直单元(2)的输入端；硅麦克风(U2)的2脚接地，硅麦克风(U2)的3脚接电源VDD；

所述的硅麦克风(U2)采用模拟麦克风器件。

4.根据权利要求1所述的自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，其特征在于：所述的信号隔直单元(2)由串联的电容(C1)和电阻(R1)组成，所述的电容(C1)一端与音频信号拾取单元(1)的输出端相连，所述的电容(C1)的另一端与电阻(R1)相连，电阻(R1)的另一端接地，所述的电容(C1)与电阻(R1)之间接信号负半周翻转单元(3)的输入端。

5.根据权利要求1所述的自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，其特征在于：所述的信号负半周翻转单元(3)包括：双路运算放大器(U1)、高速二极管(D1)、电阻(R2)、电阻(R3)、电阻(R4)，双路运算放大器(U1)的1脚接高速二极管(D1)后与2脚并联，双路运算放大器(U1)的3脚、4脚接地；双路运算放大器(U1)的5脚与串联的电阻(R2)和电阻(R3)，双路运算放大器(U1)的6脚与7脚之间接电阻(R4)，双路运算放大器(U1)的8脚接信号放大单元(4)的输入端。

6.根据权利要求1所述的自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，其特征在于：所述的信号放大单元(4)包括：比较器(U3)、电阻(R5)、电阻(R6),所述的比较器(U3)的3脚接双路运算放大器(U1)的输入端，所述的比较器(U3)的2脚接地，所述的比较器(U3)的5脚接VDD，所述的比较器(U3)的4脚接串联的电阻(R5)与电阻(R6)之间，电阻(R5)的另一端接地，电阻(R6)的另一端与所述的比较器(U3)的1脚并联与信号包络积分单元(5)输入端相连。

7.根据权利要求1所述的自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，其特征在于：所述的信号包络积分单元(5)包括：电阻(R7)、电阻(R8)、电容(C2)、电容(C3),所述的电阻(R7)与电容(C3)串联，所述的电阻(R7)另一端接信号放大单元(4)的输出端，电容(C3)的另一端与电阻(R8)并联后接信号比较单元(6)的输入端，电阻(R8)的另一端接地，电容(C2)并联在电阻(R7)与电容(C3)之间，电容(C2)的另一端接地。

8.根据权利要求1所述的自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，其特征在于：所述的信号比较单元(6)包括：比较器(U4)、电阻(R10)和电阻(R11)，所述的比较器(U4)的3脚接信号包络积分单元(5)的输出端，所述的比较器(U4)的2脚接地，所述的比较器(U4)的6脚接VDD，所述的比较器(U4)的5脚并联电阻(R10)和电阻(R11)接地，所述的比较器(U4)的4脚接并联电阻(R10)与电阻(R11)之间，所述的比较器(U4)的1脚接微控制器单元(7) 的输入端。

9.根据权利要求8所述的自动识别分析胰岛素笔注射声音的电路，其特征在于：所述的电阻(R9)和电阻(R10)组成分压电路，把比较器输出的参考电压分压到合适的值作为比较器的比较基准电压。