CN107233108A - 一种采集体音信号的可穿戴卡贴 - Google Patents
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Abstract
一种采集体音信号的可穿戴卡贴，包括柔性外壳、柔性电池与柔性电路模块，柔性外壳设置成适于直接贴于皮肤表面或附接在衣服内侧以使声音传感器与皮肤的紧密接触，声音传感器将振动信号转换为电信号，模拟传感器接口与声音传感器连接，将电信号传送至模拟滤波模块，模拟滤波模块对电信号进行滤波调理、放大使其满足A/D采样的要求，微处理器电路控制模块控制进行A/D采样，处理后的数据由无线发送模块无线发送至上位机，电源供电模块为柔性电路模块供电。将该可穿戴卡贴贴附于人体皮肤表面或附接在所穿服装内侧，可对各种部位的人体声音信号进行检测与处理，并具备高便携性和实时检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种采集体音信号的可穿戴卡贴。
背景技术
人体的声音信号中携带了大量的人体健康信息，如医生可通过病人的心音与肺音，来判断其心血管与肺部机能是否健康、完善。
传统的检测方式，需要病人间歇性的到医院听诊，再由医生判断病人的具体情况，此种方式不具有前瞻性，不能在日常生活中，提示病人的病情；同时也需要病人远程到医院等候与检查。
现有的医学检测设备需要病人长时间停留在医院等候，并且特别的仪器无法连续检测，这样很难做到疾病的准确定位；传统的听诊器很难识别出比较细微的声音，医生在听诊过程中也会受到环境的干扰；此外，还有一些人体的关节音与脉搏声音是目前听诊***无法监听的，此类信号在医学上同样具有医学价值。
因此，有必要建立一个比较完善的人体声音信号检测***，并将此***与可穿戴配合，实现穿戴舒适的情况下，实时检测，便捷检测。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种采集体音信号的可穿戴卡贴。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种采集体音信号的可穿戴卡贴，包括柔性外壳、柔性电池与柔性电路模块，所述柔性电路模块包括设置于所述柔性外壳外的声音传感器和设置于所述柔性外壳内的模拟传感器接口、模拟滤波模块、电源供电模块、微处理器电路控制模块、无线发送模块，所述柔性外壳设置成适于直接贴于皮肤表面或附接在衣服内侧以使所述声音传感器与皮肤的紧密接触，所述声音传感器将振动信号转换为电信号，所述模拟传感器接口与所述声音传感器连接，将电信号传送至所述模拟滤波模块，所述模拟滤波模块对电信号进行滤波调理、放大使其满足A/D采样的要求，所述微处理器电路控制模块控制进行所述A/D采样，处理后的数据由所述无线发送模块无线发送至上位机，所述电源供电模块为所述柔性电路模块供电。
进一步地：
所述柔性外壳的材料为硅胶或TPU，通过铸模或3D打印的方式完成，设置成全柔性的可直接放置于胸口、腹部、手腕、骨关节或韧带连接处，通过所述声音传感器提取心音、肺音、呼吸音、肠蠕动音、脉搏音、骨音、关节音。
所述模拟传感器接口以FPC连接器的方式与所述声音传感器有线连接。
所述声音传感器封装为薄片形的全柔结构。
所述声音传感器为PVDF压电薄膜传感器。
所述声音传感器包括两个PVDF压电薄膜，分别置于心脏与手腕以检测心音与脉音信号。
所述模拟滤波模块包括依次连接的差分电路、4阶-巴特沃斯低通滤波器和主放大电路，所述差分电路抑制共模信号并放大有效信号，所述4阶-巴特沃斯低通滤波器消除高频带噪声；所述主放大电路将信号调整至A/D采样的可采范围。
所述差分电路的放大倍数为30倍，所述4阶-巴特沃斯低通滤波器的截止频率为500Hz。
所述微处理器电路控制模块包含ADC模块和DSP模块，所述ADC模块对所述模拟滤波模块滤波处理后的信号进行A/D采样，所述DSP模块控制ADC模块采样，并对所述ADC模块处理后的信号进行数字处理。
对于采集中心音，所述DSP模块包括通带范围为30Hz～150Hz的4阶-巴特沃斯带通滤波器；对于采集脉音，所述DSP模块包括通带范围为通带范围30Hz～90Hz的4阶-巴特沃斯带通滤波器。
本发明的有益效果：
本发明提供一种采集体音信号的可穿戴卡贴。从医学角度上讲，人体的声音信号是具有较大医学价值的，如：心音、肺音、呼吸音、脉音、关节音等；各个器官的运动，体内各组织会将振动信号传至体表；本发明采用柔性卡贴的方式将传感器贴附于皮肤表面，只要其声音的频率在传感器有效工作频段内，传感器即可对该声音信号进行信号转换，声音信号转换为电信号；再对信号进行模拟滤波、放大、A/D采样等处理，最后得到具有较大医学价值的体音数据。本发明的卡贴贴附于人体皮肤表面或所穿服装表面，可通过多个柔性节点电路，在人体的前胸、腹部、手腕、关节连接等地方，对人体的心音、肺音、蠕动音、脉音、关节音等的声音信号提取；实时地、多节点的检测人体声音信号，再将信号发送至上位机如手机或医疗设备进行处理、显示与储存，并可通过网络层传送给医生或进行进一步医学算法判断，实现疾病的实时监控与远程医疗检测。
本发明实施例的具体优点有：
1)卡贴全柔性材料制作，柔性基底材料使佩戴更加舒适，不影响使用者的工作与生活；
2)卡贴解决了以往检测人体声音信号时，检测繁琐、不便的困扰，无线的传输方式使检测更加的便捷，可以做到随时随地实时检测；
3)卡贴不仅可检测心音、肺音、呼吸音等的信号，也可检测脉音、关节音等传统设备不能检测的声音信号，为人体健康与人体信号的研究开拓了基础；
4)易实现多节点的检测方式，在信息提取时，做到尽可能多的提取想要的声音信息，且可以通过信号分析与处理的方式，找到个信号之间的关联性。
附图说明
图1为本发明实施例的可穿戴卡贴的电路方框图。
图2为本发明实施例的测试点示意图。
图3为本发明实施例的卡贴内部装配图；
图4为本发明实施例的卡贴表面图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1至图4，在一种实施例中，包括柔性外壳08、柔性电池09与柔性电路模块11，所述柔性电路模块11包括设置于所述柔性外壳08外的声音传感器01和设置于所述柔性外壳08内的模拟传感器接口02、模拟滤波模块03、电源供电模块04、微处理器电路控制模块(具体可包括ADC模块05和DSP模块06)、无线发送模块07，所述柔性外壳08设置成直接贴于皮肤表面或附接在衣服内侧以使所述声音传感器01与皮肤的紧密接触，所述声音传感器01将振动信号转换为电信号，所述模拟传感器接口02与所述声音传感器01连接，将电信号传送至所述模拟滤波模块03，所述模拟滤波模块03对电信号进行滤波调理、放大使其满足A/D采样的要求，所述微处理器电路控制模块控制进行所述A/D采样，处理后的数据由所述无线发送模块07无线发送至上位机10，所述电源供电模块04为所述柔性电路模块供电。
所述柔性外壳08可由硅胶、TPU等柔性材料，通过铸模或3D打印的方式完成。所述柔性外壳08内合理布置内部器件的摆放，预留出传感器的通信接口与电源输入接口，此外，可预留好粘胶位置与所需要的纺织位置12。
外壳08为可直接贴于皮肤表面，也可使用纺织技术，将所述外壳08嵌套或贴敷在衣服内侧，保证传感器与皮肤的紧密接触。
整个设备可为全柔性的，可直接放置于胸口、腹部、手腕、骨关节或韧带连接处，直接对放置位的人体声音信号提取。
所述声音传感器01将振动信号转换为电信号，所述模拟传感器接口02以FPC或FFC连接器的方式，与所述声音传感器01有线连接，将电信号传送至所述模拟滤波模块03。
参阅图2，根据在人体表面放置的位置不同，所述声音传感器01可提取的信号包括：呼吸音V1、肺音V2、心音V3、脉搏音V4、肠蠕动音V5、肌肉音V6、关节音V7以及骨音等因人体器官运动产生的声音信号。通过多个柔性节点电路，可在人体的前胸、腹部、手腕、关节连接等地方，对人体的心音、肺音、蠕动音、脉音、关节音等声音信号提取。声音传感器01封装为薄片形、全柔结构，传感器外壳08材料对人体没有刺激性，传感器应具有灵敏度高、工作带宽宽、线性度较好等特性，适合于人体声音信息的提取。选用的传感器外形为薄片式、小封装结构，便于贴附。
所述模拟滤波模块03对电信号调理、放大，使电信号满足于A/D的采样范围；所述模拟滤波模块03可选用4阶-巴特沃斯滤波器，对电信号进行的预处理，做数字滤波的准备。
所述模拟滤波模块03可包括差分电路、4阶-巴特沃斯低通滤波器和主放大电路。差分电路抑制共模信号，放大有效信号；4阶-巴特沃斯低通滤波器消除高频带噪声，保证滤波器通带内信号的完整性；主放大电路将信号调整至ADC模块05可采范围。
由于所测信号较多，不同的信号处于不同的频段，选用的滤波电路尽量的简单通用，滤除不必要的高频噪声，保证信号的完整性。
所述微处理器电路控制模块可包含ADC模块05和DSP模块06，DSP模块06控制ADC模块05采样滤波处理后的信号，根据所需要的信号类型，对ADC模块05处理后的信号进行数字处理；处理后的数据由无线发送模块07发送至上位机10再处理。
所述电源供电模块04为柔性电路模块供电，柔性电池09为3.7V，连接所述电源供电模块04。柔性电路模块内的电源模块可为电路节点提供：2V、3.3V、正负5V等不同需要电压。
如图1-图4所示，一种具体实施例的可穿戴卡贴，包括：声音传感器01(PVDF压电传感器)、模拟传感器接口02、模拟滤波模块03、电源供电模块04、ADC模块05、DSP模块06、无线发送模块07、柔性外壳08、09电池09；电路框图如图1所示。
可穿戴卡贴在使用时可在人体的不同部位同时检测；使用时，上位机10可分别与检测节点连接形成无线连接网络，无线传输采集各检测节点的声音数据。
本实施例中，声音传感器01选用PVDF压电薄膜，将两个传感器分别置于心脏与手腕，检测心音与脉音信号。
FPC柔性电路模块设有模拟传感器接口02，PVDF压电传感器的2根信号线连接至模拟传感器接口02，模拟传感器接口02连接至模拟滤波模块03的差分电路，差分电路抑制共模信号，放大有效信号，差分电路的差分放大器选用TI仪表放大器INA118，放大倍数30倍；再将信号通过模拟滤波模块03的4阶-巴特沃斯低通滤波器，截止频率为500Hz，消除高频带噪声，保证滤波器通带内信号的完整性；最后将信号通过模拟滤波模块03的主放大电路，将信号调整至ADC模块05可采范围，再供给ADC模块05采样。
ADC模块05采样后，由于声音信号一般在30Hz～500Hz左右，需要较高的采样率，因此直接上原传数据可能导致无线传输的数据量过大，因此，先由DSP模块06对ADC模块05采样滤波处理后的信号进行数字信号处理，再由无线发送模块07将处理后信号发送至上位机10显示与处理。本实施例，DSP模块06针对中心音设置的DSP数字滤波器为4阶-巴特沃斯带通滤波器，通带范围30Hz～150Hz；DSP模块06针对脉音设置的DSP数字滤波器为4阶-巴特沃斯带通滤波器，通带范围30Hz～90Hz。本实施例中，无线发送模块07的芯片选用TI CC2650低功耗、BLE芯片。
手机等无线终端接收到无线发送模块07发送的信号后，对信号储存、显示、再处理，所储存的信号可供给手机算法判断，也可及时通过网络层传至医生PC，算法或医生对疾病进行预判。
微处理器电路控制模块和无线发送模块可使用具有DSP与无线射频功能的微处理器实现，微处理器的数量依据使用要求而定；若微处理器同时具有DSP与无线射频功能，1片微处理器即可，若不是同时具有，则可选用2片微处理器，以近场有线或无线的方式通讯处理。
综上所述，本发明记录人体声音信号的可穿戴卡贴，可通过以上方式，可对不同的人体声音信号检测与分析，具备高便携性、实时性，并且可同时提取不同的声音信号。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种采集体音信号的可穿戴卡贴，其特征在于,包括柔性外壳、柔性电池与柔性电路模块，所述柔性电路模块包括设置于所述柔性外壳外的声音传感器和设置于所述柔性外壳内的模拟传感器接口、模拟滤波模块、电源供电模块、微处理器电路控制模块、无线发送模块，所述柔性外壳设置成适于直接贴于皮肤表面或附接在衣服内侧以使所述声音传感器与皮肤的紧密接触，所述声音传感器将振动信号转换为电信号，所述模拟传感器接口与所述声音传感器连接，将电信号传送至所述模拟滤波模块，所述模拟滤波模块对电信号进行滤波调理、放大使其满足A/D采样的要求，所述微处理器电路控制模块控制进行所述A/D采样，处理后的数据由所述无线发送模块无线发送至上位机，所述电源供电模块为所述柔性电路模块供电。
2.如权利要求1所述的可穿戴卡贴，其特征在于,所述柔性外壳的材料为硅胶或TPU，通过铸模或3D打印的方式完成，设置成全柔性的可直接放置于胸口、腹部、手腕、骨关节或韧带连接处，通过所述声音传感器提取心音、肺音、呼吸音、肠蠕动音、脉搏音、骨音、关节音。
3.如权利要求1所述的可穿戴卡贴，其特征在于,所述模拟传感器接口以FPC连接器的方式与所述声音传感器有线连接。
4.如权利要求1所述的可穿戴卡贴，其特征在于,所述声音传感器封装为薄片形的全柔结构。
5.如权利要求1所述的可穿戴卡贴，其特征在于,所述声音传感器为PVDF压电薄膜传感器。
6.如权利要求1所述的可穿戴卡贴，其特征在于,所述声音传感器包括两个PVDF压电薄膜，分别置于心脏与手腕以检测心音与脉音信号。
7.如权利要求1至6任一项所述的可穿戴卡贴，其特征在于,所述模拟滤波模块包括依次连接的差分电路、4阶-巴特沃斯低通滤波器和主放大电路，所述差分电路抑制共模信号并放大有效信号，所述4阶-巴特沃斯低通滤波器消除高频带噪声；所述主放大电路将信号调整至A/D采样的可采范围。
8.如权利要求7所述的可穿戴卡贴，其特征在于,所述差分电路的放大倍数为30倍，所述4阶-巴特沃斯低通滤波器的截止频率为500Hz。
9.如权利要求1至8任一项所述的可穿戴卡贴，其特征在于,所述微处理器电路控制模块包含ADC模块和DSP模块，所述ADC模块对所述模拟滤波模块滤波处理后的信号进行A/D采样，所述DSP模块控制ADC模块采样，并对所述ADC模块处理后的信号进行数字处理。
10.如权利要求9所述的可穿戴卡贴，其特征在于,对于采集中心音，所述DSP模块包括通带范围为30Hz～150Hz的4阶-巴特沃斯带通滤波器；对于采集脉音，所述DSP模块包括通带范围为通带范围30Hz～90Hz的4阶-巴特沃斯带通滤波器。
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