專利名稱：一種基于虛擬儀器的心音身份識別系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于身份識別技術領域，具體涉及一種基于虛擬儀器的心音身份識別系統(tǒng)。
背景技術：
在高度信息化的現(xiàn)代社會，隨著交通、通訊和網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，人類的活動范圍越來越大，身份鑒別的難度和重要性也越來越突出，對人類自身身份別的準確性、安全性與實用性提出了更高的要求。虛擬儀器(Virtual Instrument,簡稱VI)是在以通用計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設計定義、具有虛擬面板、測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)。虛擬儀器由硬件設備與接口、設備驅(qū)動軟件和虛擬儀器面板組成。其中，硬件設備與接口可以 是各種以PC為基礎的內(nèi)置功能插卡、通用接口總線接口卡、串行口、VXI總線儀器接口等設備，或者是其它各種可程控的外置測試設備，設備驅(qū)動軟件是直接控制各種硬件接口的驅(qū)動程序，虛擬儀器通過底層設備驅(qū)動軟件與真實的儀器系統(tǒng)進行通訊，并以虛擬儀器面板的形式在計算機屏幕上顯示與真實儀器面板操作元素相對應的各種控件。用戶用鼠標操作虛擬儀器的面板就如同操作真實儀器一樣真實與方便。生物識別被美國麻省理工學院列為21世紀十大技術之一，生物識別技術的核心社會功能可以歸納為以下四條基本社會功能①可以為被密碼、口令困擾的人提供安全與便利；②可以擴展成為信息安全領域的認證系統(tǒng)平臺，可以為重要身份或重要信息提供安全的強認證；③可以提供給行政部門或其它機構(gòu)精確、快捷地確認他人身份的技術手段；④可以提供精確、快速、安全的人與設備的匹配。目前商業(yè)上采用的生物識別方法主要有人臉識別、虹膜識別、指紋識別和聲音識別等。這些生物特征識別技術身份識別方面雖然取得了初步推廣，但在實際應用中也面臨許多挑戰(zhàn)，其中比較突出的是生物特征識別的安全問題。有人成功利用明膠制成的假手指騙過了指紋識別系統(tǒng)；利用打印下的虹膜圖片或者在隱形眼鏡上蝕刻出的虛假虹膜，可以讓虹膜識別系統(tǒng)真假難辨，聲音容易被模仿，臉形也容易從用戶的相片中提取出來等等。因此，生物特征識別系統(tǒng)所采用的生物特征信息最好是從現(xiàn)場實時地從活體采集，為了增加生物識別技術的可靠性和安全性，探索新的更具安全性的生物識別方法是身份識別領域的熱點之一。心音是心臟及心血管系統(tǒng)機械運動狀況的反映，蘊含著心臟各個部分本身及相互之間作用的生理和病理信息。相比于傳統(tǒng)的生物識別技術，心音識別技術具有獨特的優(yōu)勢首先心音來自于人的心臟，不易被輕易仿制；其次，任何人都有心音，具備普適性。心音所具有的獨特生理特征使其成為有前途的新型身份識別方法之一。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于，提出一種基于虛擬儀器的心音身份識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集人體心音信號，并且對心音信號進行實時顯示、分析、注冊、識別和存儲。[0012]本實用新型包括心音采集傳輸模塊、包含虛擬儀器的嵌入式工控主板模塊、USB藍牙Dongle模塊以及用于顯示的液晶顯示屏模塊。其中，心音采集傳輸模塊包括心音傳感器模塊、有源濾波器模塊、音頻放大模塊、dsPIC主控單元模塊、藍牙串口模組模塊以及3. 3V電源模塊，心音采集傳輸模塊通過藍牙串口模組模塊發(fā)送采集信號；工控主板通過USB藍牙Dongle模塊接收心音信號，通過LVDS接口和USB接口與液晶顯示屏相連。所述心音傳感器模塊將心音振動信號轉(zhuǎn)換為電信號。所述有源濾波器模塊接收心音信號，對其進行濾波，去除環(huán)境噪聲。所述音頻放大模塊對心音信號進行放大并控制放大倍數(shù)。所述dsPIC主控單元模塊接收用戶指令進行心音信號采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換。所述藍牙串口模組模塊用于心音信號無線傳輸。所述3. 3V電源模塊用于提供3. 3V穩(wěn)壓電源。所述USB藍牙Dongle模塊通過USB接口虛擬串口接收心音信號。所述嵌入式工控主板是基于x86平臺的一體機工控主板，包含虛擬儀器，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析處理和存儲。所述液晶顯示屏是工業(yè)級的帶有觸摸功能的液晶顯示屏，用于實時顯示和人機交互。所述虛擬儀器安裝在工控主板模塊中，接受用戶指令并根據(jù)用戶指令選擇心音采集模式、用戶注冊模式以及用戶識別模式，對心音信號進行實時顯示、分析、注冊、識別和存儲。本實用新型有益效果如下本實用新型將人體心音信號與身份識別相結(jié)合，開發(fā)基于虛擬儀器的心音身份識別系統(tǒng)，利用心音信號不易復制性、普適性和唯一性等特點，實現(xiàn)身份注冊和識別功能，克服了傳統(tǒng)生物識別方法存在的較為突出的安全性問題。本實用新型操作簡單、使用方便、安全可靠，整個系統(tǒng)具備無線傳輸功能，體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，易于實施。

圖I為基于虛擬儀器的心音身份識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖2為心音采集傳輸模塊框圖；圖3為30Hz4階Butterworth高通濾波器電路圖；圖4為500Hz4階Butterworth低通濾波器電路圖；圖5為音頻放大模塊電路圖；圖6為dsPIC主控模塊芯片引腳圖；圖7為藍牙串口模組模塊電路圖；圖8為模擬3. 3V電源模塊電路圖；圖9為數(shù)字3. 3V電源模塊電路圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進一步的詳細說明如圖I所示，本實用新型包括依次連接的心音采集傳輸模塊、USB藍牙Dongle模塊、嵌入式工控主板模塊以及用于顯示的液晶顯示屏模塊。其中，心音采集模塊用于采集傳輸人體心音信號；USB藍牙Dongle模塊用于接收無線傳輸?shù)男囊粜盘?；嵌入式工控主板模塊用于分析和存儲心音信號；液晶顯示屏模塊用于數(shù)據(jù)實時顯示以及人機交互。本實施例中，心音米集傳輸模塊如圖2所不由心音 傳感器模塊、有源濾波器模塊、音頻放大模塊、dsPIC主控單元模塊、藍牙串口模組模塊以及3. 3V電源模塊組成。心音傳感器為駐極體話筒，用于將心音振動信號轉(zhuǎn)換為電信號，駐極體話筒輸出與有源濾波器模塊相連。有源濾波器模塊由4階30Hz巴特沃斯高通濾波器和4階500Hz巴特沃斯低通濾波器組成，用于對信號進行濾波。4階30Hz巴特沃斯高通濾波器電路如圖3所示，MCP609-1和MCP609-2運放單元實現(xiàn)濾波功能，MCP6271運放單元向MCP609-1和MCP609-2運放單元提供VDD/2的偏置電壓，MCP609-2運放單元7腳與4階500Hz巴特沃斯低通濾波器相連。4階500Hz巴特沃斯低通濾波器電路如圖4所示，MCP609-3和MCP609-4運放單元實現(xiàn)濾波功能，MCP609-4運放單元14腳與音頻放大模塊相連，輸出濾波后的心音信號。音頻放大模塊電路如圖5所示，用于放大經(jīng)濾波后的心音信號。I腳輸入心音信號，2腳輸出經(jīng)放大后的心音信號；4腳連接dsPIC主控單元的RG6腳，用于接收時鐘信號；6腳連接dsPIC主控單元的RG7腳，用于控制音頻放大倍數(shù)。dsPIC主控單元模塊如圖6所示，用于控制心音采集模塊和3. 3V模擬電源模塊，實現(xiàn)心音信號模數(shù)轉(zhuǎn)換，音頻放大倍數(shù)控制和藍牙模組模塊連接，采樣頻率為2000，UART波特率為115200。藍牙串口模組模塊使用HC-06藍牙轉(zhuǎn)串口無線模塊，波特率設置為115200，電路如圖7所示。I腳和2腳分別連接dsPIC主控單元的RF2腳和RF3腳，實現(xiàn)無線收發(fā)信號；24腳用于連接LED燈，指示模組工作狀態(tài)。3. 3V電源模塊由模擬3. 3V電源模塊和數(shù)字3. 3V電源模塊組成。模擬3. 3V電源模塊用于為心音傳感器模塊、有源濾波器模塊和音頻放大模塊提供3. 3V電源，電路圖如8圖所示，I腳接外部輸入電壓，3腳輸出3. 3V電壓，2腳接dsPIC主控單元的RE6腳，實現(xiàn)dsPIC主控單元控制電源芯片的關斷開啟功能；數(shù)字3. 3V電源模塊用于為dsPIC主控單元模塊和藍牙模組模塊提供3. 3V電源，電路圖如圖9所示，I腳接外部輸入電壓，2腳通過一個IOK的上拉電阻與I腳相連，3腳輸出3. 3V電壓。本實施例中的心音采集模塊供電電壓應大于等于4. 5V小于等于6. 5V，采用三節(jié)干電池供電。本實施例中USB藍牙Dongle模塊為免驅(qū)的USB藍牙適配器，通過USB接口與工控主板相連接。本實施例中嵌入式工控主板模塊采用3. 5寸ATOM凌動N270低功耗車載主板一體機工控主板，支持LVDS接口，支持擴展前置USB和Audio接口，有8個USB接口和2個串口，通過USB藍牙Dongle模塊接收無線傳輸信號。本實施例中液晶顯示屏模塊含有觸摸功能，能夠?qū)崿F(xiàn)人機交互功能。通過LVDS接口和USB接口與工控主板相連，LVDS接口傳輸數(shù)字視頻信號，USB接口傳輸觸摸信號。本實施例中虛擬儀器接收用戶控制指令，根據(jù)控制指令實時采集心音信號并對信號進行實時顯示、分析處理和存儲功能。工作過程如下用戶首先打開心音采集模塊，dsPIC 主控單元接收虛擬儀器發(fā)送的用戶指令采集心音信號經(jīng)濾波放大后進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并通過藍牙模組模塊無線傳輸，虛擬儀器通過USB藍牙Dongle模塊接收無線傳輸信號，并在液晶顯示屏實時顯示心音信號和分析結(jié)果。
權利要求1.一種基于虛擬儀器的心音身份識別系統(tǒng)，包括心音米集傳輸模塊、包含虛擬儀器的嵌入式工控主板模塊、USB藍牙Dongle模塊以及用于顯示的液晶顯示屏模塊，其特征在于心音采集傳輸模塊包括心音傳感器模塊、有源濾波器模塊、音頻放大模塊、dsPIC主控單元模塊、藍牙串口模組模塊以及3. 3V電源模塊，心音采集傳輸模塊通過藍牙串口模組模塊發(fā)送采集信號；工控主板通過USB藍牙Dongle模塊接收心音信號，通過LVDS接口和USB接口與液晶顯示屏相連； 所述心音傳感器模塊將心音振動信號轉(zhuǎn)換為電信號； 所述有源濾波器模塊接收心音信號，對其進行濾波，去除環(huán)境噪聲； 所述音頻放大模塊對心音信號進行放大并控制放大倍數(shù)； 所述dsPIC主控單元模塊接收用戶指令進行心音信號采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換； 所述藍牙串口模組模塊用于心音信號無線傳輸； 所述3. 3V電源模塊用于提供3. 3V穩(wěn)壓電源； 所述USB藍牙Dongle模塊通過USB接口虛擬串口接收心音信號； 所述嵌入式工控主板是基于x86平臺的一體機工控主板，包含虛擬儀器，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析處理和存儲；所述液晶顯示屏是工業(yè)級的帶有觸摸功能的液晶顯示屏，用于實時顯示和人機交互；所述虛擬儀器安裝在工控主板模塊中，接受用戶指令并根據(jù)用戶指令選擇心音采集模式、用戶注冊模式以及用戶識別模式，對心音信號進行實時顯示、分析、注冊、識別和存儲。
專利摘要本實用新型涉及一種基于虛擬儀器的心音身份識別系統(tǒng)。本實用新型包括心音采集傳輸模塊、包含虛擬儀器的嵌入式工控主板模塊、USB藍牙Dongle模塊以及用于顯示的液晶顯示屏模塊。其中，心音采集傳輸模塊包括心音傳感器模塊、有源濾波器模塊、音頻放大模塊、dsPIC主控單元模塊、藍牙串口模組模塊以及3.3V電源模塊，心音采集傳輸模塊通過藍牙串口模組模塊發(fā)送采集信號；工控主板通過USB藍牙Dongle模塊接收心音信號，通過LVDS接口和USB接口與液晶顯示屏相連。本實用新型操作簡單、使用方便、安全可靠，整個系統(tǒng)具備無線傳輸功能，體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，易于實施。
文檔編號A61B5/117GK202376107SQ201120391709
公開日2012年8月15日 申請日期2011年10月15日 優(yōu)先權日2011年10月15日
發(fā)明者王佳, 趙治棟, 駱懿 申請人:杭州電子科技大學