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专利号: 2020101873829
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种兼具实时耳温监测功能的无线耳机系统,其特征在于:包括无线耳机、耳温计,所述无线耳机为骨传导方式,所述耳温计连接在无线耳机的USB接口并可热插拔,佩戴时所述无线耳机佩戴在耳朵外部,所述耳温计塞入耳道,耳温计的测温结果通过无线耳机传输至智能终端。

2.根据权利要求1所述的兼具实时耳温监测功能的无线耳机系统,其特征在于:所述无线耳机包括外壳,所述外壳内设有单片机、骨传导送话筒、无线传输模块、USB插座、充电电路以及电池,所述单片机分别连接骨传导送话筒、无线传输模块和USB插座,所述USB插座依次连接充电电路和电池,所述USB插座用于在连接外部电源适配器时,通过充电电路为电池充电;在连接上位机时,作为单片机的参数配置或固件升级接口;在装置正常工作时,作为与耳温计数据线相连的通信接口。

3.根据权利要求1所述的兼具实时耳温监测功能的无线耳机系统,其特征在于:所述耳温计包括数字温度传感器、数据线和USB插头,所述数字温度传感器的测量结果以数字编码形式输出,数据接口为I2C或SMBUS。

4.根据权利要求1所述的兼具实时耳温监测功能的无线耳机系统,其特征在于:所述USB插座和USB插头均包括4个引脚:电源引脚、D-引脚、D+引脚和接地引脚,并对应连接。

5.根据权利要求4所述的兼具实时耳温监测功能的无线耳机系统,其特征在于:所述数字温度传感器包括4个引脚,分别是电源引脚VDD、时钟引脚SCL、数据引脚SDA和接地引脚GND;所述数字温度传感器与USB插头的引脚连接关系为:数字温度传感器的VDD引脚接USB插头电源引脚,数字温度传感器的SCL引脚接USB插头D-引脚,数字温度传感器的SDA引脚接USB插头D+引脚,数字温度传感器的GND引脚接USB插头接地引脚;所述数字温度传感器的SCL引脚通过第一电阻连接VDD引脚,所述SDA引脚通过第二电阻连接VDD引脚。

6.根据权利要求5所述的兼具实时耳温监测功能的无线耳机系统,其特征在于:所述单片机包括ADC数模转换模块、USB device模块和至少3个通用端口,USB插座的电源引脚与第三电阻和二极管的负极相连,所述二极管的正极与所述电池的正极相连,所述二极管的正极也与电容的一个电极相连,电容的另一个电极接地,第四电阻的一端与第三电阻连接,另一端接地;第三电阻和第四电阻的公共连接端连接至单片机的输入端口,所述输入端口与单片机内部的ADC数模转换模块连接,USB插座的D-引脚连接USB Device模块的D-引脚,USB插座的D+引脚连接USB Device模块的D+引脚,USB插座的接地引脚接地,同时,USB插座的引脚D-还连接单片机的第一通用引脚,USB插座的D+引脚还连接单片机的第二通用引脚,D-引脚通过第五电阻接地,D+引脚通过第六电阻与单片机的第三通用端口相连。

7.根据权利要求6所述的兼具实时耳温监测功能的无线耳机系统,其特征在于:所述第一电阻和第二电阻为数字温度计输出接口的上拉电阻,取值在kΩ量级;电池的正极电压表示为V1,取值2.6~4.2V,电源引脚的电压表示为V2,输入端口的输入电压表示为V3,二极管的正向导通压降表示为Vd,电容为电池电压的滤波电容,为0.1μF~10μF,二极管的作用是阻挡V2反向为V1充电;第三电阻和第四电阻的取值在kΩ数量级,第三电阻R3和第四电阻R4的关系满足:Vrn<5*R4/(R3+R4)

8.根据权利要求7所述的兼具实时耳温监测功能的无线耳机系统,其特征在于:还包括云平台,智能终端通过互联网、移动通信网络与云平台无线通信,传输温度数据。

9.根据权利要求8所述的兼具实时耳温监测功能的无线耳机系统,其特征在于:设阈值电压Vt=4*R4/(R3+R4),操作方法包括以下步骤:

Step1:利用单片机的内置ADC检测输入端口的输入电压V3;

Step2:判断V3和Vt的关系,当USB插座没有线插入,或插入的是耳温计数据线时,USB插座电源引脚没有驱动电压,此时二极管正向导通,所以V2=V1-Vd,知V3=V2*R4/(R3+R4)=(V1-Vd)*R4/(R3+R4)

当插入的是充电线或USB数据线时,USB插座电源引脚的电压为4.5V以上,此时二极管反向截止,求得V3>4.5*R4/(R3+R4)>VT,接下来执行Step5;

Step3:禁用USB Device模块,配置第一通用引脚和第三通用引脚为输入模式,如果第一通用引脚的输入电平为低电压,则代表USB插座没有线插入,此时停止读取耳温计数据的相关程序,整个装置只作为无线耳机使用;如果第一通用引脚的输入电平为高电平,则代表插入USB插座的是耳温计数据线,接下来执行Step4;

Step4:根据数字温度传感器的通信协议,配置第一通用引脚和第二通用引脚,以软件方式模拟I2C或SMBUS接口行为,从数字温度传感器中读出温度数据,该温度数据再进一步通过无线传输模块发送给智能终端,智能终端再进一步通过通信网络,将温度数据和时间、定位数据上传至云平台;在检测到体温数据过高或过低异常现象时,单片机驱动骨传导送话器发出提示音;云平台通过对上传的与健康相关数据的综合分析,包括体温、位置、时间、心率,及时判断出险情,并通过通信网络发送给智能终端,智能终端进一步将相关消息转化成提示音并通过无线传输模块发送给无线耳机,达到及时提醒用户的目的;

Step5:停止读取耳温计数据的相关程序,整个装置只作为无线耳机使用;接下来,配置第三通用引脚输出低电平,间隔100毫秒以上,再配置第三通用引脚输出高电平,这个操作将强制启动外部USB Host对Usb Device模块的检测;接下来,在单片机程序中检测Usb Device模块的状态,若状态显示与外部Host连接成功,则代表插入USB插座的是USB数据线,装置转为与上位机通信模式,若状态显示与外部Host连接失败,则代表插入USB插座的是充电线,装置进入充电状态;

Step6:无论装置工作在何种模式,每间隔一定时间,都重复执行上述操作,这样当插入USB插座的设备更换后,无论装置当前工作在何种模式,都能正确切换到新的工作模式,即,实现了连接设备的热插拔功能。

10.根据权利要求1所述的兼具实时耳温监测功能的无线耳机系统,其特征在于:所述智能终端为智能手机或智能手环。