專利名稱：基于光電位移傳感器的心音采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用光電位移傳感器實(shí)現(xiàn)心音采集的裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國人口老年人比例的不斷上升，如何提高對老年人的照顧和健康特征監(jiān)測的水平已經(jīng)成為當(dāng)下必須要解決的問題。以往對老年人的健康特征監(jiān)測只有在專業(yè)的機(jī)構(gòu)以及條件較好的醫(yī)院才能夠?qū)崿F(xiàn)，但這些監(jiān)測方式大都需要較多的人力投入，一旦入住的病人或老人數(shù)量過大時(shí)將很難達(dá)到預(yù)期的服務(wù)質(zhì)量。因此如何通過科學(xué)技術(shù)來讓更多的老人以及需要進(jìn)行健康監(jiān)測的人群得到相應(yīng)的健康監(jiān)測是非常有意義的。心音信號是人體中一種重要的生理信號，電子聽診器通過心音傳感器來采集心音，然后將數(shù)字信號通過無線的方式發(fā)送到個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)上應(yīng)用軟件顯示心音信號波形并進(jìn)行分析處理。目前，利用電子聽診器檢測心音的普遍方法是用心音傳感器采集信號，并經(jīng)過電路放大處理后在液晶顯示器上顯示出波形，或者將心音信號通過聲卡存儲到計(jì)算機(jī)中，利用計(jì)算機(jī)中的音頻播放軟件播放心音并實(shí)時(shí)顯示心音的包絡(luò)波形。這類方法，相對而言需要的器件多，成本高，攜帶不方便，不利于隨時(shí)隨地用來檢測心音，而且用電子聽診器檢測的心音實(shí)時(shí)顯示在屏幕上時(shí)，其波形或包絡(luò)波形圖比較復(fù)雜。隨著人們生活水平的提高和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，更多的人需要對自己的心臟健康狀況進(jìn)行監(jiān)測和觀察，而這是以往的心音采集方法所無法達(dá)到的。因此，在日益成熟的物聯(lián)網(wǎng)平臺上開發(fā)一種用于對人體心音信號進(jìn)行可視監(jiān)測的系統(tǒng)，就能解決上述問題。本發(fā)明主要涉及一種利用光電位移傳感器來進(jìn)行心音信號采集的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明基于電子科學(xué)技術(shù)和軟件開發(fā)的相關(guān)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種基于光電位移傳感器的心音信號采集裝置。對于本發(fā)明而言，最關(guān)鍵的技術(shù)問題主要有如下幾個(gè) 1)如何將由心音產(chǎn)生的震動信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。2)如何更有效的將震動膜片的震動幅度轉(zhuǎn)成電信號。3)如何將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能夠讓用戶看得懂的信號形式，例如圖形界面或是數(shù)值形式。技術(shù)方案本發(fā)明基于光電位移傳感器開發(fā)的心音采集裝置主要包括心音采集前置裝置、無線傳輸介質(zhì)和軟件。心音采集裝置主要是基于光電位移傳感器，其實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是，將由心音產(chǎn)生帶動震動標(biāo)尺產(chǎn)生的震動位移通過光電位移傳感器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。該裝置包括激光光源、無線震動標(biāo)尺、光電位移傳感器、固定平臺、震動薄膜、外殼；在外殼內(nèi)的中部水平設(shè)置固定平臺，在固定平臺下設(shè)有震動薄膜，在震動薄膜的中間固定有無線震動標(biāo)尺，無線震動標(biāo)尺的上部穿過固定平臺中間的孔；在固定平臺上設(shè)有激光光源和光電位移傳感器，激光光源的光發(fā)射面與光電位移傳感器的光接收面分別面向無線震動標(biāo)尺的反射面，激光光源的光發(fā)射面、無線震動標(biāo)尺的反射面、光電位移傳感器的光接收面的連線形成小于180度的夾角，使激光光源發(fā)射的激光照在無線震動標(biāo)尺上并能準(zhǔn)確反射到光電位移傳感器上，讓光電位移傳感器能順利撲捉到無線震動標(biāo)尺上激光照射處的刻度標(biāo)尺變化。所述的無線震動標(biāo)尺是一種印刷有不規(guī)則網(wǎng)狀圖案的輕質(zhì)材料。其工作過程如下
由激光光源產(chǎn)生的激光照射在無線震動標(biāo)尺上，當(dāng)薄膜震動感受到有心音信號時(shí)，震動薄膜會隨著心音信號的強(qiáng)弱變化而發(fā)生震動，從而帶動無線震動標(biāo)尺發(fā)生上下位移變化，照射在無線震動標(biāo)尺的激光將無線震動標(biāo)尺發(fā)生的這種上下變化送到光電位移傳感器，實(shí)現(xiàn)位移變化到電信號的轉(zhuǎn)換，并且通過內(nèi)部的圖像處理芯片對無線震動標(biāo)尺的位移量進(jìn)行分析，輸出與心音信號成線性比例關(guān)系的數(shù)據(jù)，完成對心音信號的提取。最后光電位移傳感器傳出的數(shù)據(jù)是通過無線發(fā)送模塊(含電源)發(fā)送到接收端。有益效果利用光電位移傳感器實(shí)現(xiàn)的心音采集裝置能夠應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)智能心音監(jiān)測。其能耗低、體積小的特點(diǎn)方便使用者的長時(shí)間攜帶。為健康特征的監(jiān)測提供的參考，也推動了物聯(lián)網(wǎng)在健康特征監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。


圖1光電心音采集裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其中有激光光源1、無線震動標(biāo)尺2、光電位移傳感器3、固定平臺4、震動薄膜5、外殼6、無線發(fā)送模塊7。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明旨在設(shè)計(jì)出節(jié)能便攜的心音信號采集裝置，其前端傳感器采用了光電位移傳感器。信號采集端是通過將光電位移傳感器ADNS-7050、激光發(fā)生引擎ADNV-6340、無線發(fā)送模塊nRFMOl等通過附圖1的方式進(jìn)行連接和組織。其中
“ 1，，是激光光源，其作用是用來產(chǎn)生激光光源，在安裝的過程中應(yīng)注意與震動標(biāo)尺成一定的角度，而且要保證光電位移傳感器能夠最大限度的接收到光；
“2”是震動標(biāo)尺，其作用是與震動薄膜相連接，標(biāo)記震動薄膜所產(chǎn)生的位移量，其材料的選擇主要是輕質(zhì)的材料并在表面印刷上不規(guī)則的圖案，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該方法更有利于光電位移傳感器3的識別。“3”是光電位移傳感器，其作用是接收由震動標(biāo)尺反射過來的激光，通過內(nèi)部的圖像處理芯片對震動標(biāo)尺的位移量進(jìn)行分析，并且輸出相應(yīng)的位移數(shù)據(jù)；
“4”是固定平臺，其作用是作為激光光源、光電位移傳感器的電路板，并且將其固定
住；
“5”是震動薄膜，其作用是接收心音產(chǎn)生的震動，帶動震動標(biāo)尺產(chǎn)生震動， 其自身固定在外殼6上；
“6”是外殼，其作用是作為整個(gè)光電心音采裝置的保護(hù)殼；
“7”是無線模塊(含電源)，無線模塊作用是將光電位移傳感器傳出的數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)送到接收端，其中電源的作用是為激光光源、光電位移傳感器以及無線模塊提供電源。具體連接方式如下
該裝置包括激光光源1、無線震動標(biāo)尺2、光電位移傳感器3、固定平臺4、震動薄膜5、外殼6 ；在外殼6內(nèi)的中部水平設(shè)置固定平臺4，在固定平臺4下設(shè)有震動薄膜5，在震動薄膜 5的中間固定有無線震動標(biāo)尺2，無線震動標(biāo)尺2的上部穿過固定平臺4中間的孔；在固定平臺4上設(shè)有激光光源1和光電位移傳感器3，激光光源1的光發(fā)射面與光電位移傳感器3 的光接收面分別面向無線震動標(biāo)尺2的反射面，激光光源1的光發(fā)射面、無線震動標(biāo)尺2的反射面、光電位移傳感器3的光接收面的連線形成小于180度的夾角，使激光光源1發(fā)射的激光照在無線震動標(biāo)尺2上并能準(zhǔn)確反射到光電位移傳感器3上，讓光電位移傳感器3能順利撲捉到無線震動標(biāo)尺2上激光照射處的刻度標(biāo)尺變化。所述的無線震動標(biāo)尺2是一種印刷有不規(guī)則網(wǎng)狀圖案的輕質(zhì)材料。其工作過程如下
由激光光源1產(chǎn)生的激光照射在無線震動標(biāo)尺2上，當(dāng)薄膜震動5感受到有心音信號時(shí)，震動薄膜5會隨著心音信號的強(qiáng)弱變化而發(fā)生震動，從而帶動震動標(biāo)尺2發(fā)生上下位移變化，照射在無線震動標(biāo)尺2的激光將無線震動標(biāo)尺2發(fā)生的這種上下變化送到光電位移傳感器3，實(shí)現(xiàn)位移變化到電信號的轉(zhuǎn)換，并且通過內(nèi)部的圖像處理芯片對震動標(biāo)尺的位移量進(jìn)行分析，輸出與心音信號成線性比例關(guān)系的數(shù)據(jù)，完成對心音信號的提取。最后光電位移傳感器傳出的數(shù)據(jù)是通過無線發(fā)送模塊7 (含電源)發(fā)送到接收端。無線發(fā)送的方式是與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點(diǎn)連接，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點(diǎn)的硬件系統(tǒng)是基于ARM的系統(tǒng)，而軟件系統(tǒng)采用Linux操作系統(tǒng)。這樣在實(shí)施的過程中， 將前端采集器傳輸過來的信號通過終端節(jié)點(diǎn)保存到文件heart, txt文件中。最后通過FTP 的方式傳輸?shù)竭h(yuǎn)程PC上進(jìn)行處理。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信號的傳輸，首先要在ARM開發(fā)板上安裝FTP的服務(wù)器，以及USB驅(qū)動，因?yàn)樾囊舨杉鞯男盘柺峭ㄟ^USB 口傳輸?shù)紸RM板中。對/dev/input/mice進(jìn)行操作， 將對應(yīng)的數(shù)據(jù)讀出，經(jīng)過處理后將其保存到/home/plg/heart. txt文件中。在PC端主要通過Java來進(jìn)行應(yīng)用程序的編寫和實(shí)現(xiàn)。PC端的應(yīng)用程序主要作用是將heart, txt文件進(jìn)行處理，并且通過直觀的形式將心音信號顯示出來。這里首先運(yùn)用Java中的文件操作來進(jìn)行文件的讀取，主要是通過FileReader類將文件打開，然后運(yùn)用 BufferedReader類分行讀取heart, txt文件中的數(shù)據(jù)。由于當(dāng)下的光電位移傳感器的精度很高，足以滿足設(shè)計(jì)的要求。光電位移傳感器選用精度較高的激光位移傳感器，其型號為ADNS-7050。能夠有效的采集到位移數(shù)據(jù)。 ADNS-7050傳感器芯片主要由微控制器來控制，主要采用SPI的方式進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)的傳輸。傳感器的光源主要采用ADNV-6340型號的激光發(fā)生器。因?yàn)锳DNS-7050內(nèi)部進(jìn)行了節(jié)能優(yōu)化，所以ADNV-6340是由ADNS-7050來進(jìn)行控制，這樣實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的效果。傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方法是，采用體積和能耗都較小的nRFMOl芯片，能夠滿足數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的要求，在無線接收端通過USB 口和ARM開發(fā)板進(jìn)行連接，并對無線接收端
進(jìn)行供電。無線接收端接收到的數(shù)據(jù)主要有ARM開發(fā)板進(jìn)行保存，其保存的形式主要是TXT 的格式，其實(shí)現(xiàn)的原理是由應(yīng)用程序讀取無線接收端的數(shù)據(jù)，并將其保存到TXT文件中。最后PC端通過FTP的方式將TXT文件下載到PC機(jī)上進(jìn)行處理。CN 102525546 A
計(jì)算心率的方法是，對一段TXT格式的心音信號先進(jìn)行二次采樣，每間隔3點(diǎn)取一個(gè)數(shù)據(jù)，以降低數(shù)據(jù)的計(jì)算量，然后計(jì)算該信號的能量譜，對獲取的心音能量譜用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒謱臃椒ㄌ崛∑浒j(luò)，以包絡(luò)線均值為閾值，對大于閾值的信號點(diǎn)分別視為第一心音、第二心音的起點(diǎn)和終點(diǎn)，將上述信息反饋到原始心音信號中，可準(zhǔn)確分割出一個(gè)周期的心音信號，最后通過取3個(gè)周期的心音信號和采樣頻率求平均心跳周期，可計(jì)算出心率。
權(quán)利要求
1.一種基于光電位移傳感器的心音采集裝置，其特征是該裝置包括激光光源(1)、無線震動標(biāo)尺(2)、光電位移傳感器(3)、固定平臺(4)、震動薄膜(5)、外殼(6)；在外殼(6)內(nèi)的中部水平設(shè)置固定平臺(4)，在固定平臺(4)下設(shè)有震動薄膜(5)，在震動薄膜(5)的中間固定有無線震動標(biāo)尺(2)，無線震動標(biāo)尺(2)的上部穿過固定平臺(4)中間的孔；在固定平臺(4 )上設(shè)有激光光源(1)和光電位移傳感器(3 )，激光光源(1)的光發(fā)射面與光電位移傳感器(3)的光接收面分別面向無線震動標(biāo)尺(2)的反射面，激光光源(1)的光發(fā)射面、無線震動標(biāo)尺(2)的反射面、光電位移傳感器(3)的光接收面的連線形成小于180度的夾角，使激光光源(1)發(fā)射的激光照在無線震動標(biāo)尺(2 )上并能準(zhǔn)確反射到光電位移傳感器(3 )上， 讓光電位移傳感器(3)能順利撲捉到無線震動標(biāo)尺(2)上激光照射處的刻度標(biāo)尺變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光電位移傳感器的心音采集裝置，其特征是所述的無線震動標(biāo)尺(2)是一種印刷有不規(guī)則網(wǎng)狀圖案的輕質(zhì)材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光電位移傳感器的心音采集裝置,將心音產(chǎn)生的震動位移通過光電位移傳感器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。該裝置包括激光光源(1)、無線震動標(biāo)尺(2)、光電位移傳感器(3)、固定平臺(4)、震動薄膜(5)、外殼(6)；該裝置用激光光源產(chǎn)生的激光照射在震動標(biāo)尺上，當(dāng)薄膜震動感受到有心音信號時(shí)，震動薄膜會隨著心音信號的強(qiáng)弱變化而發(fā)生震動，從而帶動震動標(biāo)尺發(fā)生上下位移變化，移傳感器接收到標(biāo)尺的變化幅度，從而輸出相應(yīng)的數(shù)字信號。最后光電位移傳感器傳出的數(shù)據(jù)是通過無線模塊發(fā)送到接收端。其主要優(yōu)點(diǎn)在于1)能耗低2)便攜性強(qiáng)；3)更加適合物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，為遠(yuǎn)程智能心音監(jiān)測提供了方便。
文檔編號A61B7/04GK102525546SQ20121000417
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者孫力娟, 張偉, 成謝鋒, 曹剛, 肖建, 肖甫, 黃海平 申請人:南京郵電大學(xué)