一种自动化生成理疗仪器按摩波形配置文件的智能系统的制作方法

1.本实用新型涉及脉冲参数采集技术领域，具体涉及一种自动化生成理疗仪器按摩波形配置文件的智能系统。


背景技术：

2.脉宽调制(pwm)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的技术，在产品测试和研发过程，常常需要对现场的pwm信号进行采集并分析，一般会做多台样机，然后进行各项性能测试，比如理疗按摩设备，通过手动的调试和实际体验，调整好pwm波形，选取体验效果最佳的那台作为目标设备，然后对目标设备进行pwm信号采集。但现有采集设备存在两个问题：其一，由于目标设备的pwm波形非常复杂，有些pwm波形的周期在3到5分钟，因此通过逻辑分析仪抓取的pwm数据量非常庞大，由于需要手工实现，工程师抓取并分析目标设备的pwm波形需要花费很长的时间和精力；其二，由于从目标设备抓取到pwm波形以后，需要人工实现待烧录设备的pwm波形，工程师通过人眼观察波形的效果和特性，无法做到很精确的一致性控制；其三，现有的pwm采集器在遇到高频率、大容量数量时，由于算力和分辨率的限制，往往难以达到所需要速度和精度；其四，现有的pwm采集器自动化和智能化程度低，操作依靠手工完成，用户体验度差。


技术实现要素：

3.为了解决现有pwm采集器速度、精度、和智能化程度低的技术问题，本实用新型提供了一种自动化生成理疗仪器按摩波形配置文件的智能系统，包括pwm采集装置，pwm采集装置设置有主控模块，所述主控模块分别与电源模块、转换模块、麦克风连接，所述转换模块与usb接口连接，所述usb接口用于和电脑连接，所述转换模块用于串口数据和usb数据转换，所述主控模块用于连接待测目标设备，通过麦克风就可通过语音控制，提高了智能化水平，使操作更加简便，提升了用户体验。
4.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
5.第一方面，一种自动化生成理疗仪器按摩波形配置文件的智能系统，包括pwm采集装置，所述pwm采集装置包括电源模块、主控模块、转换模块、usb接口，所述主控模块分别与电源模块、转换模块连接，所述转换模块与usb接口连接，所述usb接口用于和电脑连接，所述转换模块用于串口数据和usb数据转换，所述主控模块用于连接待测目标设备。
6.进一步的，所述电源模块包括第一电源模块、第二电源模块，所述主控模块分别与第一电源模块、第二电源模块连接。
7.进一步的，第一电源模块的电源输入端与第二电源模块的电源输入端连接，第二电源模块的使能端通过电阻r13与第一电源模块的电源输出端连接，第一电源模块的电源输出端与所述主控模块连接，第二电源模块的电源输出端与所述主控模块连接。
8.优选的，所述主控模块与所述转换模块通过串口连接。
9.优选的，所述usb接口的类型为micro
‑
usb。
10.优选的，所述usb接口与所述转换模块的数据连接线路d 和d
‑
分别串联电阻r21和电阻r20，电阻r21和电阻r20用于阻抗匹配。
11.优选的，所述主控模块设置有至少四路采集端口，用于读取目标设备的pwm波形数据。
12.进一步的，还包括麦克风，所述麦克风与所述主控模块连接。
13.优选的，所述主控模块的型号为csk3001。
14.第一方面，一种自动化生成理疗仪器按摩波形配置文件的智能系统，包括第一方面所述的pwm采集装置，以及与pwm采集装置连接的电脑端，所述pwm采集装置通过usb与电脑端连接，电脑端设置有上位机软件。
15.实施本实用新型带来的有益效果是：pwm采集装置通过与目标设备连接可采集pwm数据，主控模块将数据以串口形式发送给转换模块，转换模块与电脑连接，将串口数据转换为usb数据发送给电脑的上位机软件。主控模块设置有至少四路用于读取目标设备pwm波形数据的采集端口，由此实现了并行快速地采集，并把波形自动化导入到电脑端进行进一步处理。通过本实用新型中的电脑端软件，自动化地将pwm波形生成嵌入式代码，用于固件编译和生成，极大地提高了效率。通过麦克风就可实现语音控制，智能化水平得到提高，使操作更加简便，提升了用户体验。
附图说明
16.图1为本实用新型实施例提供的pwm采集装置原理框图；
17.图2为本实用新型实施例提供的主控模块电路图；
18.图3为本实用新型实施例提供的第一电源模块电路图；
19.图4为本实用新型实施例提供的第二电源模块电路图；
20.图5为本实用新型实施例提供的usb接口电路图；
21.图6为本实用新型实施例提供的转换模块电路图；
22.图7为本实用新型实施例提供的应用场示意图；
23.图8为本实用新型实施例提供的系统工作流程图；
24.图9为本实用新型实施例提供的串口对象数据结构框图；
25.图10为本实用新型实施例提供的波形图；
26.图11为本实用新型实施例提供的采集实例图1；
27.图12为本实用新型实施例提供的采集实例图2；
28.图13为本实用新型实施例提供的上位机软件界面图。
29.图中：主控模块1；转换模块2；usb接口3；第一电源模块4；第二电源模块5；麦克风6。
具体实施方式
30.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应
当属于本实用新型保护的范围。
31.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
32.一种自动化生成理疗仪器按摩波形配置文件的智能系统,包括pwm采集装置和电脑端，pwm采集装置包括电源模块、主控模块1、转换模块2和usb接口3，电源模块用于给主控模块1供电，usb接口3用于给转换模块2供电；usb接口3与电脑连接，usb接口3优选为micro
‑
usb，可以直接插在电脑的usb插口上，usb接口3也可以采用type
‑
c、lightning、type
‑
b和type
‑
a等接口，通过转接线与电脑连接；电源模块的输入端可以使用usb接口3的电源端连接，直接使用电脑usb的电源，也可以单独采用电池供电。
33.参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的pwm采集装置原理框图，电源模块包括第一电源模块4和第二电源模块5，主控模块1分别与第一电源模块4、第二电源模块5、转换模块2连接，转换模块2与usb接口3连接。
34.主控模块1用于和目标设备连接，采集目标设备输出io的pwm输出波形，并且在此过程中动态地讲采集到的pwm数据解析为pwm配置相关的代码，并且数据传输到转换模块2进行下一步操作。
35.转换模块2用于将串口数据转换为usb数据，发送给上位机，如pc。
36.在本实用新型一个实施例中，主控模块1的型号为csk3001，也可以采用csk4002，软件层面运行freertos系统，进行多任务处理。采用了自主设计ai加速器，相比传统的采集芯片，算力得到极大提升，将深度学习神经网络算法与麦克风阵列相结合，解决噪音问题，支持端上多个唤醒词作为命令词的离线体验。
37.参阅图2，本实施例中，使用gpio端口中的pb12、pb13、pb14和pb15等io口用于读取目标设备的pwm波形数据。
38.主控模块1包括spi、i2c、i2s和uart多种通信接口，主控模块1优选为uart与转换模块2通信，uart即串口。
39.参阅图6，图6为本实用新型实施例提供的转换模块电路图，转换模块2通过txd2、rxd2与主控模块1进行串口连接，用于数据通信；转换模块2通过d 、d
‑
与usb接口3连接，usb接口3与电脑连接，用于数据通信。
40.参阅图5，转换模块2的电源直接取自于usb接口3，使用电脑的usb插头的5v电源，usb5v与地之间还连接有用于滤波作用的电容c49；usb数据线d 和d
‑
中间分别串联电阻r21、电阻r20，用于传输介质上的阻抗匹配。
41.转换模块2一方面负责与主控模块1进行通信，另一方面负责与电脑进行通信，将主控模块1串口数据转化为usb数据发送给电脑，在电脑端通过usb协议模拟化为uart串口。
42.参阅图3至图4，为本实用新型实施例提供的两个电源模块电路图，主控模块1设置有两种不同电压的供电接口，第一电源模块4用于输出3.3v电压，第二电源模块5用于输出
1.1v电压，分别用于给主控模块1供电。
43.具体地，第一电源模块4包括电源芯片u3，u3的第4端为电源输入端，与vcc5v连接，u3的第4端还连接有稳压电路，电容c1和c3用于滤波；u3的第1端为使能端，通过电阻r2、r3和r4组成的分压电路获取一使能电压；u3的第3端为电源输出端，输出3.3v，与主控模块1连接，电源输出端设置有用于稳定输出的稳压电路；u3的第5端为反馈端，通过电阻r5和r6组成的分压电路采集输出电压，以便动态调整输出；u3的第2端接地。
44.第二电源模块5包括电源芯片u4，u4的第4端为电源输入端，与u3的第4端连接，共用一输入电源vcc5v；u4的第1端为使能端，通过电阻r13与u3的第3端连接，使用u3的输出端电压作为其使能信号；u4的第3端为电源输出端，输出1.1v，与主控模块1连接，电源输出端设置有用于稳定输出的稳压电路；u4的第5端为反馈端，通过电阻r18和r19组成的分压电路采集输出电压，以便动态调整输出；u4的第2端接地。
45.第一电源模块4的电源输入端、第二电源模块5的电源输入端和转换模块2的电源输入端并联，第一电源模块4、第二电源模块5也可以采用单独的电池作为供电源。
46.在本实用新型一个实施例中，还包括麦克风6，麦克风6与主控模块1连接，用于接收采集语音信息，实现语音唤醒，配合麦克风和主控模块1中软件可以加入离线语音控制功能，增加产品的体验效果，做到更加自动化和智能化。
47.参阅图7，图7为本实用新型实施例提供的应用场示意图，pwm采集装置与电脑通过usb连接，pwm采集装置的输入io与目标设备的输出io连接，电脑通过烧录器与待开发设备连接。本实施例以按摩理疗设备为例进行说明。
48.目标设备提供标准的pwm波形，pwm采集装置可以动态地采集目标设备的pwm波形，通过电脑端的控制，可以动态地调节采集目标设备pwm波形的分辨率。此过程可以提高pwm采集的效率，解决人为采集pwm波形效率低下的问题点。
49.电脑端运行上位机软件，针对pwm采集装置传输过来的数据进行初步处理并生成嵌入式开发常用的c语言文件或者其他语言文件，用于对应的嵌入式平台固件的编译和固件生成。电脑端把待开发按摩理疗设备的固件编译完成以后，通过烧录线连接待开发按摩理疗设备，并且进行程序烧录，待开发按摩理疗设备则会输出与目标按摩理疗设备一致的波形。
50.此过程减少人为针对pwm波形进行分析和代码生成，降低人为操作导致的嵌入式平台产品产生的波形和目标设备的pwm波形输入不一致的问题点。
51.参阅图8，图8为本实用新型实施例提供的控制流程图。软件分成两部分，包括运行于主控模块1内部芯片空间的嵌入式软件部分和运行于电脑机部分的上位机软件部分。
52.其中嵌入式软件部分主要功能包括硬件系统初始化、应用程序初始化、数据结构初始化和硬件io接口初始化，以及逻辑判断功能等功能点。硬件系统初始化为芯片启动并且正常运行的必要阶段，此阶段主要用户初始化系统寄存器，初始化堆栈，初始化蓝牙相关协议，为后续的应用程序运行提供软件环境。硬件io接口初始化主要包括uart硬件初始化，负责与转换模块2进行串口通信。pwm读取io初始化，则需要设置gpio的管脚输入模式；同时需要初始化gpio的中断模式为边沿检测触发中断。硬件初始化完成，进入等待命令模式，等待串口命令。
53.嵌入式软件运行方法包括如下步骤：
54.步骤s10，系统硬件初始化，下一步执行步骤s11；
55.步骤s11，应用程序初始化，下一步分别执行步骤s12和步骤s13；
56.步骤s12，数据结构初始化；
57.步骤s13，硬件io接口初始化；
58.其中，步骤s13包括步骤s14、uart硬件初始化，步骤s15、pwm读取io初始化；
59.当步骤s12和步骤s13完成后，即初始化完成后，进入等待状态。
60.上位机软件部分初始化分为三个部分，其中初始化需要初始化串口应用接口部分，主要包括串口初始化，用于串口初始化配置，包括波特率，停止位，校验位，数据缓冲模式等。数据结构初始化主要用于开辟内存用于缓冲从串口获取的数据，并初始化处理数据软件算法数据缓冲。界面初始化用于交互界面的接口和按键操作。初始化完成以后，接入等待界面，等待用户操作界面。
61.上位机软件运行方法包括如下步骤：
62.上位机软件初始化包括步骤s41、步骤s42和步骤s43，分别执行步骤s41、步骤s42和步骤s43；
63.步骤s41，界面初始化；
64.步骤s42，串口初始化；
65.步骤s43，数据结构初始化；
66.当步骤s41、步骤s42和步骤s43完成后，即初始化完成后，进入等待状态，等待用户操作；
67.当用户操作后，即执行步骤s21，硬件接受上位命令；
68.pwm采集装置开始采集数据，即执行步骤s30，采集数据，下一步执行步骤s31；
69.步骤s31，数据传输，下一步执行步骤s32；
70.步骤s32，接收数据，下一步执行步骤s33；
71.步骤s33，处理数据。
72.嵌入式软件部分：
73.嵌入式软件部分系统硬件初始化主要用于初始化硬件，此初始化为系统级别，主要用于配置系统硬件以及初始化软件运行环境。硬件初始化完成，开始进行应用程序的初始化部分，wdt_ctrl()，使能开门狗硬件，用于配置硬件软件在某些情况下重启；loginit()接口用于配置调试所用的串口接口相关，主要包括波特率，停止位和校验位等配置。dma_initialize()用于初始化相关的dma操作，由于本实用新型中嵌入式软件部分需要通过gpio口采集大量的数据并且进行数据传输，因此通过uart的dma通道进行数据自动搬运处理，可以极大地减轻cpu的工作压力，提高系统的性能。
74.以上初始化完成以后，开始进行应用程序的初始化，主要包括硬件外设接口的初始化和数据结构的初始化。其中硬件设备接口的初始化，包括串口外设的初始化和gpio接口的初始化。
75.参阅图9，串口外设的初始化用到void drv_uart_init(uart_recv_cb on_recv)函数，其中参数on_recv为uart_recv_cb数据结构的函数指针，uart_recv_cb原型为typedef void(*uart_recv_cb)(void*dat,int len)。本函数针对通信串口进行初始化操作并且提供串口数据接收事件的回调函数。
76.void drv_uart_init(uart_recv_cb on_recv)函数内部主要包括一下几个部分：usart
‑
>initialize(drv_uart_event)初始化，其中usart为当前需要使用到的硬件串口定义的数据结构，drv_uart_event为定义好的串口事件的回调函数，串口时间函数包含串口接收数据超时事件nds_usart_event_rx_timeout，串口接受数据完成事件nds_usart_event_receive_complete，串口发送完成事件nds_usart_event_send_complete，串口数据发送完成事件nds_usart_event_tx_complete等事件。
77.usart
‑
>initialize(drv_uart_event)初始化完成以后，使用usart
‑
>powercontrol，usart
‑
>control等分别用于配置usart串口启用，串口详细参数，包括dma启用，波特率设置，停止位设置和校验位使用等几个参数。最后使用usart
‑
>contrl分别设置gpio的tx和rx管脚使能。至此，串口外设硬件初始化完成。
78.gpio接口初始化需要设置gpio的管脚脚位，输入输出特性以及中断触发模式以及中断回调函数等。首先使用int32_tiomuxmanager_pinconfigure(uint8_t pad,uint8_t pin_num,uint32_t pin_cfg)函数分别初始化gpiopb12,gpiopb13,gpiopb14,gpiopb15等管脚用于pwm数据的采集接口。通过drv
‑
>control函数设置对应管脚的上拉或者下拉模式，本实用新型中无需设置上拉下拉，因此设置为空。使用drv
‑
>setdir函数设置gpio口的输入方向为输入，即参数nds_gpio_dir_input.最后设置gpio口的时间回调函数，函数原型为int32_t(*initialize)(nds_gpio_signalevent cb_event)，主要用于gpio读取到目标设备的pwm数据产生回调事件。
79.数据结构初始化部分，主要包括用于获取当前串口指令状态的指令处理数据结构，包括串口指令接受状态，串口数据传输状态等。数据结构如图9框图所示。
80.其中，本数据结构描述为pwmworker结构体，包括串口发送回调函数指针，本函数指针绑定到串口事件中的回调函数；串口接收回调函数指针同样绑定到串口事件中的回调函数。本书结构包括串口接收数据处理和串口数据发送处理任务两个异步任务。串口接收数据处理任务主要用于从电脑机读取用户指令，包括开始采集pwm数据，停止采集pwm数据，修改pwm采样的周期等功能指令，同时执行具体指令执行下一步操作。串口发送数据处理任务主要针对gpio口采集到的数据进行处理，包括数据封装，增加包头和包尾等处理。
81.pwm采集目标设备的详细过程如下：如图10所示为参考的pwm波形，其中包括三个pwm通道，需要本实用新型通过三个gpio进行pwm数据采集。我们以一个pwm采集为例说明，如图所示pwm1中的pwm频率为20khz,我们可以认为当前的有效数据为0101010101000000000000000000101，如果使用gpio口进行采集，根据奈奎斯特采样定理，至少需要40khz采样频率进行采样才能保证完整地采集到数据。我们可以选择40khhz进行采样。那么得到的数据即为0101010101000000000000000000101。如果进行数据存储，则需要32个位，相当于4个字节进行存储。我们实际上可以针对数据进行一部压缩操作，比如从01开始，我们存储为1，后续连续5个位为01，可以认为是1；再往后连续18个位为0，可以写为00；再往后是101。因此以上存储可以表示为01xxxxxx xxxxxxxx 00xxxxxx xxxxxxxx 10xxxxxx xxxxxxxx，其中xxxxxx使用6个位表示每一种波形下一次变化之前的pwm波形数量。
82.从表面看，原来存储数据需要使用4个字节，经过压缩以后使用8个字节甚至更多，似乎并没有把有效数据压缩甚至数据还变大了。其实，我们根据实际的采集到的pwm波形放
到整体来看就会看出来效果。以图11为例，其中pwm的脉宽大约为60us,采集的原始数据为10101010101010101010101000000000......其中包含12位的有效数据，紧接着全部为0。
83.但是实际上该部分在整个一段中如图12所示，可以看到后面为0的数据大约为30ms。相当于后面包含30*1000/60*2＝1000位有效数据，如果存储这段数据，需要大约125个字节。然而实际上，需要10000000 0000 1100,0000 0001 1111 0100,即总共4个字节。其中10000000 00001011中高位10表示有效位为10，其后12个数据，总共24个位，都为10。下一个数据0000 0001 1111 0100表示从00开始，以后500个数据，即1000位都为00。因此，原来的125个字节数据可以压缩为4个字节的数据表示，极大地把数据进行了压缩。同时非常方便后续生成.h或者其他语言格式的文件用于嵌入式平台软件的编译和固件生成，由于嵌入式平台的内存和flash控件有限，因此方便后续按摩波形算法高效实现。
84.上位机软件部分：
85.上位机软件部分主要包括两个部分，界面初始化和数据结构初始化。界面初始化需要初始化几个常用的界面元素，参阅图13，包括按钮和下拉选项框等界面控件。数据结构初始化包括通信接口初始化和相关的逻辑处理。由于本软件支持多平台操作，因此使用qt跨平台的开发c 框架进行开发。一方面qt支持后续多平台的移植操作；另外一方面，qt本身的界面库非常完善，有利于提升开发效率；除此之外，c 语言开发的程序运行速度快，适合本实用新型做数据处理的需求。
86.界面的初始化主要包括几个控件，首先是用于控制开始和暂停pwm数据采集的button按钮，qt支持直接在代码层面添加控件或者使用界面设计直接拖动添加button空间，本实用新型使用设计界面直接拖动button到控制界面。由于目前用到的功能比较少，界面主要包括三个部分：状态栏用来指示当前是否有串口设备连接成功，中间的开始采集，暂停采集和停止采集为第二部分，用于控制当前的采集流程；最后一个部分用于导出数据，即把采集的数据导出到桌面并且自动生成.h文件。
87.由于每一个按摩器采样频率不一样，因此需要设置不同的采样频率，本实用新型已经多种频率选择。用户选择固定的频率或者输入设置频率，界面则会调用串口发送函数把设置的频率包通过usb串口发送给下位机。下位机收取到串口配置信息，则会更新相关操作。
88.点击开始采集，上位机软件则会开始读取从串口传输过来的数据，并且把数据进行处理。我们假设输入目标设备输入一段pwm波形，如图10所示，其中pwm1的pwm频率为20khz。本实用新型如果需要抓取pwm1的采样，至少需要40khz的采样频率。如图11所示，点击开始采集，则会发送串口信息，控制本实用新型硬件下位机进行采集操作，并且实时获取数据存储到本地。采集完成以后，可以点击停止采集，并且选择导出数据把数据生成.h文件。
89.可以看出，实施本实用新型带来的有益效果是：
90.针对目标设备，可以直接通过本实用新型快速地采集其波形，并把波形自动化导入到电脑端进行进一步处理。通过本实用新型中的电脑端软件，自动化地将pwm波形生成嵌入式代码，用于固件编译和生成，极大地提高了效率。
91.由于可以动态地检测pwm波形并且生成标准的c或者其他语言的配置文件，因此可以针对不同批次的产品进行测试，通过量化的结果对比确认产品的体验一致性，排除由于
人为因素导致的主观性判断错误。
92.可以更方便地针对数据进行微调，由于本实用新型可以采集到目标按摩设备的pwm波形，并且生成数字化的配置文件，因此工程师可以针对不合理的波形或者数据进行高分辨率的微调试，配合硬件的后端模块，使得机器输出波形更加平滑，改善波形不合理导致的针刺，力度变化不平稳等变化。
93.主控模块支持离线语音功能，配合麦克风和软件可以加入离线语音控制功能，增加产品的体验效果，做到更加自动化和智能化。
94.尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。