一种基于音频口的光电式健康参数检测仪

1.一种基于音频口的光电式健康参数检测仪，其特征在于：包括音频接口、供电谐振电路、接收谐振电路、信号接收电路、储能电路、电子开关电路、单片机、电压调节电路、H桥电路、红外光发光二极管、红光发光二极管、光电二极管以及运放电路；所述音频接口由左声道线路、右声道线路和麦克风线路组成，所述左声道线路与供电谐振电路的谐振信号输入端相连，所述右声道线路与接收谐振电路的谐振信号输入端相连，所述麦克风线路与单片机的数据发送端口相连；所述供电谐振电路的谐振信号输出端与储能电路的电能输入端相连，所述接收谐振电路的谐振信号输出端分别与储能电路的电能输入端以及信号接收电路的信号输入端相连；所述信号接收电路的信号输出端与单片机的信号输入端口相连；所述储能电路的电能输出端与电子开关电路的输入端以及单片机的电源端与相连，所述电子开关电路的控制端与单片机的开关控制信号输出端口相连，所述电子开关电路的输出端分别与电压调节电路的供电端、H桥电路的高压端以及运放电路的供电端相连；所述电压调节电路的控制信号端与单片机的H桥电源控制信号输出端相连，所述电压调节电路的可控电压输出端与H桥电路的低压端相连；所述红外光发光二极管和红光发光二极管串联在H桥电路的中间横梁上，且红外光发光二极管和红光发光二极管的偏置极性相反；所述H桥电路的桥路导通信号输入端与单片机的桥路导通信号输出端口相连；所述光电二极管的信号输出端与运放电路的信号输入端相连，所述运放电路的信号输出端与单片机的信号采集端口相连；
所述信号接收电路用于将接收谐振电路输出的谐振波形信号转换为单片机识别的方波脉冲信号；所述H桥电路在同一时刻只有一组对角的两个桥路导通；所述电压调节电路用于根据单片机的H桥电源控制信号输出端发送的控制信号改变电压调节电路的可控电压输出端的输出电压值；所述光电二极管正对红外光发光二极管和红光发光二极管，用于采集红外光发光二极管和红光发光二极管发出的光信号；所述运放电路用于对光电二极管的信号输出端发送的采集信号进行放大处理。
2.根据权利要求1所述的基于音频口的光电式健康参数检测仪，其特征在于：还包括分压检测电路，所述分压检测电路的高压端与储能电路的电能输出端相连，所述分压检测电路的分压端与单片机的电压采样端口相连。
3.根据权利要求1所述的基于音频口的光电式健康参数检测仪，其特征在于：还包括一个报警器，所述报警器与单片机的报警信号输出端相连。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于音频口的光电式健康参数检测仪，其特征在于：所述供电谐振电路包括振荡电容C2、振荡电容C4以及振荡电感L1，所述振荡电容C2和振荡电容C4串联后与振荡电感L1相并联，所述供电谐振电路的谐振信号输入端位于振荡电容C2和振荡电容C4连接处；所述振荡电感L1的一端接地，另一端为供电谐振电路的谐振信号输出端。
5.根据权利要求1、2或3所述的基于音频口的光电式健康参数检测仪，其特征在于：所述供电谐振电路的谐振信号输出端与储能电路的电能输入端之间设有稳压管D1，所述稳压管D1的正极与供电谐振电路的谐振信号输出端相连，所述稳压管D1的负极与储能电路的电能输入端相连。
6.根据权利要求1、2或3所述的基于音频口的光电式健康参数检测仪，其特征在于：所述接收谐振电路包括振荡电容C5、振荡电容C6以及振荡电感L2，所述振荡电容C5和振荡电容C6串联后与振荡电感L2相并联，所述接收谐振电路的谐振信号输入端位于振荡电容C5和振荡电容C6连接处；所述振荡电感L2的一端接地，另一端为接收谐振电路的谐振信号输出端。
7.根据权利要求1、2或3所述的基于音频口的光电式健康参数检测仪，其特征在于：所述接收谐振电路的谐振信号输入端与储能电路的电能输入端之间设有稳压管D2，所述稳压管D2的正极与接收谐振电路的谐振信号输出端相连，所述稳压管D2的负极与储能电路的电能输入端相连。
8.根据权利要求1、2或3所述的基于音频口的光电式健康参数检测仪，其特征在于：所述信号接收电路包括检波二极管D3、电容C7以及电阻R8，所述检波二极管D3的正极与接收谐振电路的谐振信号输出端相连，所述检波二极管D3的负极与单片机的信号输入端口相连；所述电容C7的一端与检波二极管D3的负极相连，另一端接地；所述电阻R8的一端与检波二极管D3的负极相连，另一端接地。
9.根据权利要求1、2或3所述的基于音频口的光电式健康参数检测仪，其特征在于：所述麦克风线路与单片机的数据发送端口之间还设有电压适应电路，所述电压适应电路包括下拉电阻R7、适应电阻R5以及适应电阻R6；所述适应电阻R5的阻值大于适应电阻R6的阻值；
所述适应电阻R5和适应电阻R6的一端相连后再与麦克风线路相连，所述适应电阻R5和适应电阻R6的另一端分别连接至单片机不同的数据发送端口；所述下拉电阻R7的一端连接在适应电阻R5和适应电阻R6的连接处，另一端接地。
10.根据权利要求1、2或3所述的基于音频口的光电式健康参数检测仪，其特征在于：所述电压调节电路包括电阻R16、电阻R19、电阻R20、三极管Q6以及三极管Q7；所述三极管Q6的集电极与H桥电路的低压端相连，所述三极管Q6的发射极与电阻R19的一端相连，所述三极管Q6的基极与三极管Q7的集电极相连；所述三极管Q7的集电极还与电阻R16的一端相连，所述三极管Q7的发射极接地，所述三极管Q7的基极与单片机的H桥电源控制信号输出端相连；
所述电阻R16的另一端与电子开关电路的输出端相连；所述电阻R19的另一端接地；所述电阻R20的一端与三极管Q7的基极相连，所述电阻R20的另一端接地；所述三极管Q6为NPN型三极管，所述三极管Q7为PNP型三极管。

一种基于音频口的光电式健康参数检测仪\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种光电式健康参数检测仪，尤其是一种基于音频口的光电式健康参数检测仪。\n背景技术\n[0002] 随着经济和科技的进步，智能移动终端设备如手机、PDA设备、平板电脑与人们的生活越来越息息相关。同时，其性能和功能也越来越强大。与之相关的各种外围设备和应用也越来越多。这些外围设备一方面需要与智能移动终端进行通信，另一方面对于一些低功耗设备来说，也希望能将电源供应考虑进来，避免需要外接电池带来的损耗和成本增加。当前的外围设备和移动终端的通信方式主要有以下方式：1)无线通信，主要是使用蓝牙技术、WiFi、二代和三代通信技术，优点是通信技术成熟，适用范围广，缺点是被窃听泄密的可能性大，同时可能增加成本；2)使用手机的USB口通信，但是目前大多数手机仍不支持OTG协议，无法通过手机USB接口进行外围设备的控制；3)使用音频口通信，使用最广泛的是拉卡拉设备，其采用的方式是模拟信号，通信误码率较高，且并不支持所有的手机。无线通信方式不能提供终端电能，而USB因不同手机的接口形式不同，使得外围设备适配所有智能移动终端带来困难，唯一可行的便是使用音频口进行通信和供电。但目前尚未见到完整的使用音频口通信及供电的整套解决方案。\n发明内容\n[0003] 本发明要解决的技术问题是现有技术中采用音频口通信的误码率较高、普适性低，且不能为外围设备供电。\n[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于音频口的光电式健康参数检测仪，包括音频接口、供电谐振电路、接收谐振电路、信号接收电路、储能电路、电子开关电路、单片机、电压调节电路、H桥电路、红外光发光二极管、红光发光二极管、光电二极管以及运放电路；音频接口由左声道线路、右声道线路和麦克风线路组成，左声道线路与供电谐振电路的谐振信号输入端相连，右声道线路与接收谐振电路的谐振信号输入端相连，麦克风线路与单片机的数据发送端口相连；供电谐振电路的谐振信号输出端与储能电路的电能输入端相连，接收谐振电路的谐振信号输出端分别与储能电路的电能输入端以及信号接收电路的信号输入端相连；信号接收电路的信号输出端与单片机的信号输入端口相连；储能电路的电能输出端与电子开关电路的输入端以及单片机的电源端与相连，电子开关电路的控制端与单片机的开关控制信号输出端口相连，电子开关电路的输出端分别与电压调节电路的供电端、H桥电路的高压端以及运放电路的供电端相连；电压调节电路的控制信号端与单片机的H桥电源控制信号输出端相连，电压调节电路的可控电压输出端与H桥电路的低压端相连；红外光发光二极管和红光发光二极管串联在H桥电路的中间横梁上，且红外光发光二极管和红光发光二极管的偏置极性相反；H桥电路的桥路导通信号输入端与单片机的桥路导通信号输出端口相连；光电二极管的信号输出端与运放电路的信号输入端相连，运放电路的信号输出端与单片机的信号采集端口相连；\n[0005] 信号接收电路用于将接收谐振电路输出的谐振波形信号转换为单片机识别的方波脉冲信号；H桥电路在同一时刻只有一组对角的两个桥路导通；电压调节电路用于根据单片机的H桥电源控制信号输出端发送的控制信号改变电压调节电路的可控电压输出端的输出电压值；光电二极管正对红外光发光二极管和红光发光二极管，用于采集红外光发光二极管和红光发光二极管发出的光信号；运放电路用于对光电二极管的信号输出端发送的采集信号进行放大处理。\n[0006] 采用供电谐振电路接收左声道传送的频率信号，能够为储能电路提供电能进行存储，从而进一步为检测仪的其他电路提供足够的电能需求，而检测仪本身不具备电源，有效减小了检测仪的体积和使用成本；采用接收谐振电路接收右声道传送的频率信号，能够在不进行信号接收时还能为储能电路提供电能进行存储，进一步提高了储能电路的充电效率，在有限的检测时间内缩短了充电时间延长了血氧数据的采集时间，增强了检测仪的数据采集成功率，缩短了检测周期；采用单片机控制电子开关电路的通断，能够在数据采集完毕后及时切断主要耗电电路的供电，从而使检测仪进入休眠状态，有效节省了电能的损耗，提高了储能电路的单次充电利用率；采用信号接收电路能够将接收谐振电路输出的谐振波形信号转换为单片机可识别的方波脉冲信号，从而使右声道既具备充电功能又具备信号传输功能，提高了音频口硬件的利用率；采用将红外光发光二极管和红光发光二极管偏置极性相反地串联在H桥电路的中间横梁上，能够确保同一时刻只能有一个发光二极管发光的设计要求，同时也能够从硬件设计上避免两个发光二极管同时亮；采用运放电路能够对光电二极管采集的信号进行放大处理，使单片机的A/D端能够有效采集。\n[0007] 作为本发明的进一步改进方案，还包括分压检测电路，分压检测电路的高压端与储能电路的电能输出端相连，分压检测电路的分压端与单片机的电压采样端口相连。采用分压检测电路能够实时检测储能电路的电压值，从而由单片机通过麦克风线路向音频口对接的外部移动设备发送频率调节请求，由移动设备根据频率调节请求发送相应频率的音频信号，使供电谐振电路获得最佳的谐振效果，从而进一步使储能电路获得足够电压的电能。\n[0008] 作为本发明的进一步改进方案，还包括一个报警器，报警器与单片机的报警信号输出端相连。由于外部移动设备的音频口在与检测仪对接检测过程中被占用，常常不具备声音报警功能，尤其像手机一类的移动设备，在音频口被占用时将自动设定外置喇叭静音，所以在检测仪上设置报警器尤为重要。\n[0009] 作为本发明的进一步限定方案，供电谐振电路包括振荡电容C2、振荡电容C4以及振荡电感L1，振荡电容C2和振荡电容C4串联后与振荡电感L1相并联，供电谐振电路的谐振信号输入端位于振荡电容C2和振荡电容C4连接处；振荡电感L1的一端接地，另一端为供电谐振电路的谐振信号输出端。采用该供电谐振电路能够有效提高左声道接收的频率信号的谐振效果，从而成功地为储能电路进行充电。\n[0010] 作为本发明的进一步改进方案，供电谐振电路的谐振信号输出端与储能电路的电能输入端之间设有稳压管D1，稳压管D1的正极与供电谐振电路的谐振信号输出端相连，稳压管D1的负极与储能电路的电能输入端相连。采用稳压管D1能够将供电谐振电路的谐振信号输出端输出的谐振信号进行平稳处理，进一步提高了储能电路的充电效果。\n[0011] 作为本发明的进一步限定方案，接收谐振电路包括振荡电容C5、振荡电容C6以及振荡电感L2，振荡电容C5和振荡电容C6串联后与振荡电感L2相并联，接收谐振电路的谐振信号输入端位于振荡电容C5和振荡电容C6连接处；振荡电感L2的一端接地，另一端为接收谐振电路的谐振信号输出端。采用该接收谐振电路能够有效提高右声道接收的频率信号的谐振效果，从而成功地为储能电路进行充电。\n[0012] 作为本发明的进一步改进方案，接收谐振电路的谐振信号输入端与储能电路的电能输入端之间设有稳压管D2，稳压管D2的正极与接收谐振电路的谐振信号输出端相连，稳压管D2的负极与储能电路的电能输入端相连。采用稳压管D2能够将接收谐振电路的谐振信号输出端输出的谐振信号进行平稳处理，进一步提高了储能电路的充电效果。\n[0013] 作为本发明的进一步限定方案，信号接收电路包括检波二极管D3、电容C7以及电阻R8，检波二极管D3的正极与接收谐振电路的谐振信号输出端相连，检波二极管D3的负极与单片机的信号输入端口相连；电容C7的一端与检波二极管D3的负极相连，另一端接地；电阻R8的一端与检波二极管D3的负极相连，另一端接地。采用检波二极管D3进行检波，实现对接收谐振电路的谐振信号输出端输出的谐振信号的平稳处理，然后再通过电容C7和电阻R8构成的RC电路进行高频部分的滤波。\n[0014] 作为本发明的进一步限定方案，麦克风线路与单片机的数据发送端口之间还设有电压适应电路，电压适应电路包括下拉电阻R7、适应电阻R5以及适应电阻R6；适应电阻R5的阻值大于适应电阻R6的阻值；适应电阻R5和适应电阻R6的一端相连后再与麦克风线路相连，适应电阻R5和适应电阻R6的另一端分别连接至单片机不同的数据发送端口；下拉电阻R7的一端连接在适应电阻R5和适应电阻R6的连接处，另一端接地。在麦克风线路与单片机的数据发送端口之间设置适应电阻R5或适应电阻R6，能够使单片机根据对接的外部移动设备电平要求选择合适的发送端口进行信号发送，提高了检测仪的适应能力。\n[0015] 作为本发明的进一步限定方案，电压调节电路包括电阻R16、电阻R19、电阻R20、三极管Q6以及三极管Q7；三极管Q6的集电极与H桥电路的低压端相连，三极管Q6的发射极与电阻R19的一端相连，三极管Q6的基极与三极管Q7的集电极相连；三极管Q7的集电极还与电阻R16的一端相连，三极管Q7的发射极接地，三极管Q7的基极与单片机的H桥电源控制信号输出端相连；电阻R16的另一端与电子开关电路的输出端相连；电阻R19的另一端接地；电阻R20的一端与三极管Q7的基极相连，电阻R20的另一端接地；三极管Q6为NPN型三极管，三极管Q7为PNP型三极管。采用单片机发送不同频率的方波信号来控制三极管Q7的通断，使电压调节电路的可控电压输出端输出可控的电压值，从而使H桥电路的高压端与低压端之间呈现出可控的压降，使加载在红外光发光二极管和红光发光二极管上的电压值实现可控，从而应对不同的使用者，提高了检测仪的普适性。\n[0016] 本发明的有益效果在于：(1)采用供电谐振电路接收左声道传送的频率信号，能够为储能电路提供电能进行存储，从而进一步为检测仪的其他电路提供足够的电能需求，而检测仪本身不具备电源，有效减小了检测仪的体积和使用成本；(2)采用接收谐振电路接收右声道传送的频率信号，能够在不进行信号接收时还能为储能电路提供电能进行存储，进一步提高了储能电路的充电效率，在有限的检测时间内缩短了充电时间延长了血氧数据的采集时间，增强了检测仪的数据采集成功率，缩短了检测周期；(3)采用单片机控制电子开关电路的通断，能够在数据采集完毕后及时切断主要耗电电路的供电，从而使检测仪进入休眠状态，有效节省了电能的损耗，提高了储能电路的单次充电利用率；(4)采用信号接收电路能够将接收谐振电路输出的谐振波形信号转换为单片机可识别的方波脉冲信号，从而使右声道既具备充电功能又具备信号传输功能，提高了音频口硬件的利用率；(5)采用将红外光发光二极管和红光发光二极管偏置极性相反地串联在H桥电路的中间横梁上，能够确保同一时刻只能有一个发光二极管发光的设计要求，同时也能够从硬件设计上避免两个发光二极管同时亮；(6)采用运放电路能够对光电二极管采集的信号进行放大处理，使单片机的A/D端能够有效采集。\n附图说明\n[0017] 图1为本发明的结构示意图；\n[0018] 图2为本发明的音频口电路连接结构示意图；\n[0019] 图3为本发明的H桥电路和电压调节电路结构示意图；\n[0020] 图4为本发明的运放电路结构示意图；\n[0021] 图5为本发明的单片机端口示意图；\n[0022] 图6为本发明的分压检测电路结构示意图；\n[0023] 图7为本发明的接收谐振电路输出的谐振信号；\n[0024] 图8为本发明的信号接收电路处理后获得的方波脉冲信号。\n具体实施方式\n[0025] 如图1所示，本发明提供了一种基于音频口的光电式健康参数检测仪，包括音频接口、供电谐振电路1、接收谐振电路3、信号接收电路5、储能电路2、电子开关电路6、单片机\n10、电压调节电路8、H桥电路7、红外光发光二极管、红光发光二极管、光电二极管以及运放电路9；音频接口由左声道线路、右声道线路和麦克风线路组成，左声道线路与供电谐振电路1的谐振信号输入端相连，右声道线路与接收谐振电路3的谐振信号输入端相连，麦克风线路与单片机10的数据发送端口相连；供电谐振电路1的谐振信号输出端与储能电路2的电能输入端相连，接收谐振电路3的谐振信号输出端分别与储能电路2的电能输入端以及信号接收电路5的信号输入端相连；信号接收电路5的信号输出端与单片机10的信号输入端口相连；储能电路2的电能输出端与电子开关电路6的输入端以及单片机10的电源端与相连，电子开关电路6的控制端与单片机10的开关控制信号输出端口相连，电子开关电路6的输出端分别与电压调节电路8的供电端、H桥电路7的高压端以及运放电路9的供电端相连；电压调节电路8的控制信号端与单片机10的H桥电源控制信号输出端相连，电压调节电路8的可控电压输出端与H桥电路7的低压端相连；红外光发光二极管和红光发光二极管串联在H桥电路7的中间横梁上，且红外光发光二极管和红光发光二极管的偏置极性相反；H桥电路7的桥路导通信号输入端与单片机10的桥路导通信号输出端口相连；光电二极管的信号输出端与运放电路9的信号输入端相连，运放电路9的信号输出端与单片机10的信号采集端口相连；\n[0026] 信号接收电路5用于将接收谐振电路3输出的谐振波形信号转换为单片机10识别的方波脉冲信号；H桥电路7在同一时刻只有一组对角的两个桥路导通；电压调节电路8用于根据单片机10的H桥电源控制信号输出端发送的控制信号改变电压调节电路8的可控电压输出端的输出电压值；光电二极管正对红外光发光二极管和红光发光二极管，用于采集红外光发光二极管和红光发光二极管发出的光信号；运放电路9用于对光电二极管的信号输出端发送的采集信号进行放大处理。\n[0027] 为了能够根据实际检测电压来实时调节储能电路2的电压，使储能电路2的电压能够满足检测仪的耗能电路的电能，本发明还包括分压检测电路11，分压检测电路11的高压端与储能电路2的电能输出端相连，分压检测电路11的分压端与单片机10的电压采样端口相连。采用分压检测电路11能够实时检测储能电路2的电压值，从而由单片机10通过麦克风线路向音频口对接的外部移动设备发送频率调节请求，由移动设备根据频率调节请求发送相应频率的音频信号，使供电谐振电路1获得最佳的谐振效果，从而进一步使储能电路2获得足够电压的电能。\n[0028] 为了能够使检测仪具备独立的报警功能，本发明还包括一个报警器，报警器与单片机10的报警信号输出端相连。由于外部移动设备的音频口在与检测仪对接检测过程中被占用，常常不具备声音报警功能，尤其像手机一类的移动设备，在音频口被占用时将自动设定外置喇叭静音，所以在检测仪上设置报警器尤为重要。\n[0029] 本发明的电子开关电路6包括电阻R1、电阻R3以及MOS管Q1，电阻R1的一端与MOS管Q1的栅极相连，电阻R1的另一端与单片机10的开关控制信号输出端口IRC0相连，电阻R3连接在MOS管Q1的栅极和源极之间，MOS管Q1的漏极输出为VAA的电压源。\n[0030] 如图2所示，本发明的供电谐振电路1包括振荡电容C2、振荡电容C4以及振荡电感L1，振荡电容C2和振荡电容C4串联后与振荡电感L1相并联，供电谐振电路的谐振信号输入端位于振荡电容C2和振荡电容C4连接处；振荡电感L1的一端接地，另一端为供电谐振电路的谐振信号输出端，供电谐振电路1放大左声道接收的频率信号幅度的倍数为50～200。采用该供电谐振电路1能够有效提高左声道接收的频率信号的谐振效果，从而成功地为储能电路进行充电。\n[0031] 为了进一步提高储能电路2的充电效果，本发明的供电谐振电路1的谐振信号输出端与储能电路的电能输入端之间设有稳压管D1，稳压管D1的正极与供电谐振电路的谐振信号输出端相连，稳压管D1的负极与储能电路的电能输入端相连。采用稳压管D1能够将供电谐振电路1的谐振信号输出端输出的谐振信号进行平稳处理，进一步提高了储能电路2的充电效果。\n[0032] 本发明的接收谐振电路3包括振荡电容C5、振荡电容C6以及振荡电感L2，振荡电容C5和振荡电容C6串联后与振荡电感L2相并联，接收谐振电路的谐振信号输入端位于振荡电容C5和振荡电容C6连接处；振荡电感L2的一端接地，另一端为接收谐振电路的谐振信号输出端，接收谐振电路3放大右声道接收的频率信号幅度的倍数为50～200。采用该接收谐振电路3能够有效提高右声道接收的频率信号的谐振效果，从而成功地为储能电路2进行充电。\n[0033] 为了进一步提高储能电路2的充电效果，本发明的接收谐振电路的谐振信号输入端与储能电路的电能输入端之间设有稳压管D2，稳压管D2的正极与接收谐振电路的谐振信号输出端相连，稳压管D2的负极与储能电路的电能输入端相连。采用稳压管D2能够将接收谐振电路3的谐振信号输出端输出的谐振信号进行平稳处理，进一步提高了储能电路2的充电效果。\n[0034] 如图1、7和8所示，本发明的信号接收电路5包括检波二极管D3、电容C7以及电阻R8，检波二极管D3的正极与接收谐振电路的谐振信号输出端相连，检波二极管D3的负极端与单片机的信号输入端口RXD相连；电容C7的一端与检波二极管D3的负极相连，另一端接地；电阻R8的一端与检波二极管D3的负极相连，另一端接地。采用检波二极管D3对如图6所示的谐振信号进行检波，实现对接收谐振电路5的谐振信号输出端输出的谐振信号的平稳处理，然后再通过电容C7和电阻R8构成的RC电路进行高频部分的滤波，最终获得如图8所示的方波脉冲信号，设RC电路的时间常数为τ，谐振后的音频频率为f1，单片机10接收信号的频率为f2，则需要时间常数τ满足：f1<1/τ<