一種聲控自動記錄胰島素注射劑量的裝置及其電路的制作方法

本發明涉及一種聲控自動記錄胰島素注射劑量的裝置，同時，本發明涉及一種聲控自動記錄胰島素注射劑量的電路。

背景技術：

通過分析機械式胰島素筆的使用過程，我們發現它在注射胰島素時，筆的內部機械齒輪嚙合，會在每注射一個單位胰島素時發出一個聲音“咔”，通過錄音計算分析出“咔”聲出現的次數，也就能夠知道注射了多少個單位胰島素。傳統語音識別的做法是首先高精度采樣把聲音轉成數字信號，然后找出“咔”聲信號的一系列特征點，通過識別匹配相似特征點出現的次數，就可以得到“咔”聲出現的次數，也即是齒輪嚙合的次數，最后換算得出胰島素注射的劑量。由于需要聲音采樣的精度很高，并且匹配計算的工作量也很大，一般需要高成本高功耗的DSP來運算處理，功耗至少在50mA以上，硬件成本一般至少20美元以上。

本發明采用低成本的組合模擬電路來分析處理聲音模擬信號，最后變成方波數字信號，讓低成本微控制器來通過中斷算出“咔”聲出現的次數。硬件成本可以在2美元之內。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種低成本、高效率的聲控自動記錄胰島素注射劑量的裝置。

本發明的另一目的在于提供一種低成本、高效率的聲控自動記錄胰島素注射劑量的電路。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種聲控自動記錄胰島素注射劑量的裝置，該裝置1為筒狀外殼體結構，所述的聲控自動記錄注射劑量裝置1包括：一筒狀外殼體2，設置在外殼體2底部的第一底殼體3和第二底殼體4，所述的第二內殼體4的中間位置穿透開設有麥克風音腔5，所述的外殼體2的頂部設有開孔6，所述的開孔6上設置有用于啟動采集工作的觸摸面板10；所述的外殼體2的內部設置有電路板7、電源8和音頻信號拾取單元12，所述的電路板7與音頻信號拾取單元12相連，所述的電源8與電路板7電連接，所述的音頻信號拾取單元12與麥克風音腔5位置相對應。

所述的聲控自動記錄胰島素注射劑量的裝置，所述的第一內殼體3的外側壁上設有墊片層9；所述的第一底殼體3和第二底殼體4為筒狀，所述的第一底殼體3扣接在外殼體2的一側，所述的第二底殼體4扣接在外殼體2的另一側；所述的第一底殼體3與第二底殼體4之間扣接或卡接吻合；所述的麥克風音腔5的四周內壁上設置有用于密封降低噪音的橡膠墊片；所述的電源單元8采用內置紐扣電池或者可充電的電池。

所述的聲控自動記錄胰島素注射劑量的裝置，所述的外殼體2的一側設有提示裝置工作狀態的報警裝置11；所述的報警裝置11為蜂鳴報警器或者LED指示燈；所述的觸摸面板10上設有一用于顯示注射劑量的顯示屏61。

一種聲控自動記錄胰島素注射劑量的電路，該電路能自動拾取胰島素筆轉動的音頻信號，通過識別、分析對音頻信號進行處理，通過計算方波出現的次數，得出胰島素注射劑量。

所述的聲控自動記錄胰島素注射劑量的電路，該電路包括：拾取聲音信號輸出模擬波形的音頻信號拾取裝置1，采用阻容電路實現信號隔直的信號隔直單元13，采用運算放大器加上二極管實現信號負半周翻轉的信號負半周翻轉單元14；采用運算放大器實現信號放大的信號放大單元15；采用阻容實現包絡積分的信號包絡積分單元16；采用比較器來轉換包絡波形到方波的信號比較單元17；控制處理上述信號流程的微控制器單元18；以及為上述電路提供工作電源的電源單元8；所述的音頻信號拾取單元12將采集到的外界聲音輸出9，這個信號是帶偏壓的，經過信號隔直單元13后變成0伏上下震蕩的模擬波形，再經過信號負半周翻轉單元14把0伏以下的波形全部翻轉到0v以上，然后再經過信號放大單元15和信號包絡積分單元16之后輸出波形10，最后經過信號比較單元17輸出方波信號11到微控制器單元18處理，微控制器單元18可根據方波信號產生的中斷進行計數，得出“咔”聲出現的次數。

所述的聲控自動記錄胰島素注射劑量的電路，所述的音頻信號拾取裝置1包括：麥克風U2，麥克風U2的1腳接信號隔直單元13的輸入端；麥克風U2的2腳接地，麥克風U2的3腳接電源VDD；所述的麥克風U2采用瑞聲科技AAC公司生產的型號為SM0102B-NE381-X01的硅麥克風，可選用其他的模擬麥克風，選用靈敏度高些的可提高信噪比，有利于提高測量精度。

所述的聲控自動記錄胰島素注射劑量的電路，所述的信號隔直單元13由串聯的第一電容C1和第一電阻R1組成，所述的第一電容C1一端與音頻信號拾取裝置1的輸出端相連，所述的第一電容C1的另一端與第一電阻R1相連，第一電阻R1的另一端接地，所述的第一電容C1與第一電阻R1之間接信號負半周翻轉單元14的輸入端。

所述的聲控自動記錄胰島素注射劑量的電路，所述的信號負半周翻轉單元3包括：雙路運算放大器U1、高速二極管D1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4，雙路運算放大器U1的1腳接高速二極管D1后與2腳并聯，雙路運算放大器U1的3腳、4腳接地；雙路運算放大器U1的5腳與串聯的第二電阻R2和第三電阻R3，雙路運算放大器U1的6腳與7腳之間接第四電阻R4，雙路運算放大器U1的8腳接信號放大單元15的輸入端。

所述的聲控自動記錄胰島素注射劑量的電路，所述的信號放大單元15包括：單路運算放大器U3、第五電阻R5、第六電阻R6,所述的單路運算放大器U3的3腳接雙路運算放大器U1的輸入端，所述的單路運算放大器U3的2腳接地，所述的單路運算放大器U3的5腳接VDD，所述的單路運算放大器U3的4腳接串聯的第五電阻R5與第六電阻R6之間，第五電阻R5的另一端接地，第六電阻R6的另一端與所述的單路運算放大器U3的1腳并聯與信號包絡積分單元16輸入端相連。

所述的聲控自動記錄胰島素注射劑量的電路，所述的信號包絡積分單元16包括：第七電阻R7、第八電阻R8、第二電容C2、第三電容C3,所述的第七電阻R7與第三電容C3串聯，所述的第七電阻R7另一端接信號放大單元15的輸出端，第三電容C3的另一端與第八電阻R8并聯后接信號比較單元17的輸入端，第八電阻R8的另一端接地，第二電容C2并聯在第七電阻R7與第三電容C3之間，第二電容C2的另一端接地。

所述的聲控自動記錄胰島素注射劑量的電路，所述的信號比較單元17包括：比較器U4、第九電阻R9和第十電阻R10，所述的比較器U4的3腳接信號包絡積分單元16的輸出端，所述的比較器U4的2腳接地，所述的比較器U4的6腳接VDD，所述的比較器U4的5腳并聯電阻R9和電阻R10接地，所述的比較器U4的4腳接并聯第九電阻R9與第十電阻R10之間，所述的比較器U4的1腳接微控制器單元18的輸入端。

所述的聲控自動記錄胰島素注射劑量的電路，所述的第九電阻R9和第十電阻R10組成分壓電路，把比較器輸出的參考電壓分壓到合適的值作為比較器的比較基準電壓。

使用本發明的有益效果在于：通過低成本、低功耗、簡潔的設計，讓機械式胰島素筆能夠用便宜的配件具備自動記錄的能力，用戶不用重新購買胰島素注射筆，讓普通的機械式胰島素注射筆能夠具備自動記錄能力。此外，聲控自動記錄注射劑量裝置與胰島素注射筆之間拆裝配合方便，本發明可以方便糖尿病患者更好的長期管理自己的健康。

附圖說明

圖1是對比文件1的結構示意圖；

圖2是對比文件2的結構示意圖；

圖3是本發明實施例的整體結構示意圖；

圖4是本發明實施例的相對側整體結構示意圖；

圖5是本發明的拆分結構示意圖；

圖6是本發明的使用狀態示意圖；

圖7為本發明的方框原理示意圖；

圖8為圖7的電路原理圖；

圖9為音頻信號拾取單元輸出的原始波形圖；

圖10為經過信號包絡積分后的波形圖；

圖11為經過信號比較單元處理后的波形圖；

其中：

A～胰島素筆 1～自動記錄注射劑量裝置

2～外殼體 3～第一內殼體

4～第二內殼體 5～麥克風音腔

6～外殼體上開孔 61～顯示屏

7～電路板 8～電源單元

9～墊片 10～觸摸面板

11～報警裝置 12～音頻信號拾取單元

13～信號隔直單元 14～信號負半周翻轉單元

15～信號放大單元 16～信號包絡積分單元

17～信號比較單元 18～微控制器單元

U1～雙路運算放大器 U2～麥克風

U3～單路運算放大器 U4～比較器

D1～二極管 MCU～藍牙芯片

R1～第一電阻 R2～第二電阻

R3～第三電阻 R4～第四電阻

R5～第五電阻 R6～第六電阻

R7～第七電阻 R8～第八電阻

R9～第九電阻 R10～第十電阻

C1～第一電容 C2～第二電容

C3～第三電容

具體實施方式

為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖1說明本發明的具體實施方式。

如圖3至圖5所示，一種聲控自動記錄胰島素注射劑量的裝置，該裝置1為筒狀外殼體結構，所述的聲控自動記錄注射劑量裝置1包括：一筒狀外殼體2，設置在外殼體2底部的第一底殼體3和第二底殼體4，所述的第二內殼體4的中間位置穿透開設有麥克風音腔5，所述的外殼體2的頂部設有開孔6，所述的開孔6上設置有用于啟動采集工作的觸摸面板10；所述的外殼體2的內部設置有電路板7、電源8和音頻信號拾取單元12，所述的電路板7與音頻信號拾取單元12相連，所述的電源8與電路板7電連接，所述的音頻信號拾取單元12與麥克風音腔5位置相對應；所述的第一內殼體3的外側壁上設有墊片層9；所述的第一底殼體3和第二底殼體4為筒狀，所述的第一底殼體3扣接在外殼體2的一側，所述的第二底殼體4扣接在外殼體2的另一側；所述的第一底殼體3與第二底殼體4之間扣接或卡接吻合；所述的麥克風音腔5的四周內壁上設置有用于密封降低噪音的橡膠墊片；所述的電源單元8采用內置紐扣電池或者可充電的電池；所述的外殼體2的一側設有提示裝置工作狀態的報警裝置11；所述的報警裝置11為蜂鳴報警器或者LED指示燈；所述的觸摸面板10上設有一用于顯示注射劑量的顯示屏61。

如圖7至圖11所示，一種聲控自動記錄胰島素注射劑量的電路，該電路能自動拾取胰島素筆轉動的音頻信號，通過識別、分析對音頻信號進行處理，通過計算方波出現的次數，得出胰島素注射劑量；該電路包括：拾取聲音信號輸出模擬波形的音頻信號拾取裝置1，采用阻容電路實現信號隔直的信號隔直單元13，采用運算放大器加上二極管實現信號負半周翻轉的信號負半周翻轉單元14；采用運算放大器實現信號放大的信號放大單元15；采用阻容實現包絡積分的信號包絡積分單元16；采用比較器來轉換包絡波形到方波的信號比較單元17；控制處理上述信號流程的微控制器單元18；以及為上述電路提供工作電源的電源單元8；所述的音頻信號拾取單元12將采集到的外界聲音輸出9，這個信號是帶偏壓的，經過信號隔直單元13后變成0伏上下震蕩的模擬波形，再經過信號負半周翻轉單元14把0伏以下的波形全部翻轉到0v以上，然后再經過信號放大單元15和信號包絡積分單元16之后輸出波形10，最后經過信號比較單元17輸出方波信號11到微控制器單元18處理，微控制器單元18可根據方波信號產生的中斷進行計數，得出“咔”聲出現的次數；所述的音頻信號拾取裝置1包括：麥克風U2，麥克風U2的1腳接信號隔直單元13的輸入端；麥克風U2的2腳接地，麥克風U2的3腳接電源VDD；所述的麥克風U2采用瑞聲科技AAC公司生產的型號為SM0102B-NE381-X01的硅麥克風，也可選用其他的模擬麥克風，選用靈敏度高的麥克風可以提高信噪比，有利于提高測量精度；所述的信號隔直單元13由串聯的第一電容C1和第一電阻R1組成，所述的第一電容C1一端與音頻信號拾取裝置1的輸出端相連，所述的第一電容C1的另一端與第一電阻R1相連，第一電阻R1的另一端接地，所述的第一電容C1與第一電阻R1之間接信號負半周翻轉單元14的輸入端；所述的信號負半周翻轉單元14包括：雙路運算放大器U1、高速二極管D1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4，雙路運算放大器U1的1腳接高速二極管D1后與2腳并聯，雙路運算放大器U1的3腳、4腳接地；雙路運算放大器U1的5腳與串聯的第二電阻R2和第三電阻R3，雙路運算放大器U1的6腳與7腳之間接第四電阻R4，雙路運算放大器U1的8腳接信號放大單元15的輸入端；所述的信號放大單元15包括：單路運算放大器U3、第五電阻R5、第六電阻R6,所述的單路運算放大器U3的3腳接雙路運算放大器U1的輸入端，所述的單路運算放大器U3的2腳接地，所述的單路運算放大器U3的5腳接VDD，所述的單路運算放大器U3的4腳接串聯的第五電阻R5與第六電阻R6之間，第五電阻R5的另一端接地，第六電阻R6的另一端與所述的單路運算放大器U3的1腳并聯與信號包絡積分單元16輸入端相連；所述的信號包絡積分單元16包括：第七電阻R7、第八電阻R8、第二電容C2、第三電容C3,所述的第七電阻R7與第三電容C3串聯，所述的第七電阻R7另一端接信號放大單元15的輸出端，第三電容C3的另一端與第八電阻R8并聯后接信號比較單元17的輸入端，第八電阻R8的另一端接地，第二電容C2并聯在第七電阻R7與第三電容C3之間，第二電容C2的另一端接地；所述的信號比較單元17包括：比較器U4、第九電阻R9和第十電阻R10，所述的比較器U4的3腳接信號包絡積分單元16的輸出端，所述的比較器U4的2腳接地，所述的比較器U4的6腳接VDD，所述的比較器U4的5腳并聯電阻R9和電阻R10接地，所述的比較器U4的4腳接并聯第九電阻R9與第十電阻R10之間，所述的比較器U4的1腳接微控制器單元18的輸入端；所述的第九電阻R9和第十電阻R10組成分壓電路，把比較器輸出的參考電壓分壓到合適的值作為比較器的比較基準電壓。

此間說明的是：雙路運算放大器U1采用思瑞浦3PEAK公司生產的型號為TP1512的雙路運算放大器；所述的麥克風U2采用瑞聲科技AAC公司生產的型號為SM0102B-NE381-X01的硅麥克風，可選用其他的模擬麥克風；單路運算放大器U3采用思瑞浦3PEAK公司生產的型號為TP1511的單路運算放大器；比較器U4采用思瑞浦3PEAK公司生產的型號為TP2021的帶參考電壓輸出的比較器；二極管D1采用型號為1N4148的高速二極管；微處理控制器MCU采用賽普拉斯Cypress公司生產的型號為CYBL10563-68FNXIT的藍牙芯片。

下面再結合附圖，對本發明電路的工作原理進行簡單說明：如圖7至圖11所示，音頻信號拾取單元12用于音頻信號拾取，輸出帶偏壓的音頻模擬信號，經過第一電容C1和第一電阻R1組成的隔直電路后變成以0v為基線的模擬波形，再經過雙路運算放大器U1、二極管D1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4組成的負半周翻轉電路后，輸出的波形正半周保持原樣，負半周水平翻轉到正半周。然后信號經過單路運算放大器U3、第五電阻R5、第六電阻R6組成的放大電路放大電阻(R6+R5)/R5倍,輸出放大后的波形。再經過第七電阻R7、第八電阻R8、第二電容C2、第三電容C3組成的積分隔直電路，把‘咔’聲的波形積分出包絡并濾掉波形底部比較平緩的部分。最后再經過比較器U4把包絡轉成方波輸出INT中斷到微處理控制器MCU，第九電阻R9和第十電阻R10組成分壓電路，把比較器U4輸出的參考電壓分壓到合適的值作為比較器的比較基準電壓；微處理控制器MCU可根據方波信號產生的中斷進行計數，得出“咔”聲出現的次數。

如圖6所示，一種使用該聲控自動記錄胰島素注射劑量裝置的胰島素筆，所述的聲控自動記錄注射劑量裝置1可拆卸的安裝在胰島素筆A的筆桿上；進一步的，所述的聲控自動記錄注射劑量裝置1卡接或套設安裝在胰島素筆A的筆桿上。如圖3至圖6所示，本發明適用于胰島素筆的聲控自動記錄注射劑量裝置的外殼體2、第一底殼體3和第二底殼體4組成一個半環形的結構包住胰島素筆A的筆桿，第一底殼體3的內壁放了墊片層9，一般設置一層厚度1mm-3mm的橡膠墊片，最佳厚度為2mm，與胰島素筆的直徑相關，使本發明與胰島素筆的筆桿緊密接觸為最佳厚度；第二底殼體4的中間位置穿透設有麥克風音腔5，為了使麥克風音腔5更好的吸收聲音，進一步在麥克風音腔5的四周內壁上設置有用于密封降低噪音的橡膠墊片，這樣胰島素筆內部的齒輪嚙合產生的震動就可以通過麥克風音腔5清晰的被音頻信號拾取單元12接收到。音頻信號拾取單元12接收到的信號，被電路板7內部的硬件和軟件處理后，得出最終胰島素注射劑量，然后可以顯示到顯示屏61上，還可以通過集成在電路板7內部的無線或者有線通信能力傳輸出去。

本發明不獨立設置開關按鍵，當手握住胰島素筆注射胰島素時，手指按在觸摸面板10上，此時才開啟音頻信號拾取單元12啟動電路板7，開始采集聲音，這樣設計既能降低功耗，還能減少噪音干擾；所述的電源8為電路板7、觸摸面板10等電子元器件供電，其采用內置紐扣電池或者可充電的電池，如圖中采用的是紐扣電池的方式，也可以將電源直接一體化布置在電路板7上；所述的外殼體2的一側設有提示裝置工作狀態的報警裝置11，用于指示設備的工作狀態，各種報警如低電、注射的劑量比預設的過多或者過少等等，所述的報警裝置11為蜂鳴報警器或者LED指示燈等形式。

以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式，并非用以限定本發明的范圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬于本發明保護的范圍。