[发明专利]一种无线肺功能检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种无线肺功能检测系统及方法，包括信号依次连接的用于采集气流并输出交变信号的自驱动传感器、用于将交变信号转化为正向直流信号的整流桥、用于匹配微控芯片阻抗的电阻、用于处理信号的微控单元、用于无线信号发射的无线传输模块以及信号接收的移动终端。本发明采用自驱动传感器对流量和流速进行传感，简便地通过人体呼气过程实现对肺部功能的实时监测；满足摩擦纳米发电机器件的阻抗与微控制器芯片匹配连接，且利用信号频率，即信号的有或无对信号做进一步分析处理，精准地实现对流速与流量的测量，本系统结构简单稳定，具备广泛的实用性。

技术领域

本发明涉及肺功能检测系统，尤其涉及一种无线肺功能检测系统及方法。

背景技术

摩擦纳米发电机技术(Triboelectric nanogenerator,TENG)在自驱动系统和无线传感器网络中显示了巨大的潜力和实用价值。基于TENG技术的自驱动的无线肺功能检测系统能够很好地解决硬件端的功耗问题，实现肺功能检测系统硬件端的便携化、小型化。同时，通过TENG技术和低功耗蓝牙模块(Bluetooth low energy，BLE)的结合,实现了对使用者肺部功能健康的实时监测，使得用户可以通过移动终端实现对使用者肺部功能健康的随时监测，为大数据健康管理和智慧医疗提供一种技术方案。

如专利申请文件202010836770.5公开了一种自驱动式肺功能检测装置，在该专利申请文件中该专利仅包含传感器部分，产生信号之后通过导线连接电脑等固定设备进行进一步数据分析，无法实现无线透传。现有技术仅仅能够精确传感肺部气流信号，信号传感与分析严重受制于固定端设备，使用者无法通过移动设备进行实时监测，难以接入当今的大数据健康管理和智慧医疗。另外，由于传统摩擦纳米发电机器件的高匹配阻抗，难以匹配常用的微控制芯片并进行信号的处理。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种基于摩擦纳米发电机技术的无线肺功能检测系统及方法，实现肺功能检测系统硬件端的便携化，克服摩擦纳米发电机器件的高匹配阻抗难以与微控芯片匹配及信号处理的问题。

技术方案：本发明的无线肺功能检测系统，包括信号依次连接的用于采集气流并输出交变信号的自驱动传感器、用于将交变信号转化为正向直流信号的整流桥、用于匹配微控芯片阻抗的电阻、用于处理信号的微控单元、用于无线信号发射的无线传输模块以及信号接收的移动终端。

进一步地，电阻为100k欧到10M欧，正向直流信号经过所述整流桥输出端并联的电阻用于微控芯片的阻抗匹配。

微控单元具备模数转换功能将模拟信号转化为数字信号用于数据处理。

优选地，无线传输模块采用低功耗蓝牙模块。正向信号通过100k欧到10M欧的电阻进行分压后，得到可以被微芯片识别的数据后，通过特定的程序，针对电信号的频率和幅值进行分析处理，得出使用者需要的数据字段，并通过蓝牙芯片对数据字段进行无线传输。

移动终端用于接收信号并做分析处理，输出分析报告。蓝牙模块对得到的数据字段进行发送，使用者可以使用手机等移动终端进行数据接收，并通过终端程序对数据进行最后分析，得到可以被阅读的报告。

一种根据上述的无线肺功能检测方法，具体包括如下步骤：

(1)当数据被微控芯片接受后，顺序读取数据，进入“寻找状态”；

(2)定义两个阈值用于识别有效峰值，以此定义信号的有无，分别为高值A和低值B；初始状态被定义为“寻找状态”，丢弃所有数据；

(3)当数据逐渐增加到高于A时，数据将被记录而非丢弃，记为“记录状态”；当数值逐渐降低到低于B时，“记录状态”结束，一个循环周期完成；

(4)在一个循环周期，比较“记录状态”下记录的所有时间t和电流I数据，得到电流幅值最大值点，定义此时刻为这一个循环内的电流峰值点；数据处理完成后，所有的电流峰值点都被寻找到。