一种基于无线充电及能量自收集技术的肌电传感器系统

专利主权项内容

1.一种基于无线充电及能量自收集技术的肌电传感器系统，其特征在于，所述系统包括电池充电器模块、无线充电模块、能量自收集模块、肌电信号模块、电池监控模块、充电源智能切换模块、微控制器以及蓝牙模块；所述电池充电器模块通过电池充电芯片对电池的充电电压以及电流进行控制，同时联合电池监控模块实现对电池的剩余电量、当前的放电电流参数进行实时监控及管理；所述无线充电模块利用无线充电接收器芯片整合来自电线圈的感应电流，为电池充电提供稳定的电压源；所述能量自收集模块通过升压器芯片收集来自太阳能光板、压电陶瓷、热能的能量，将其转换为电能，输出给电池充电；所述肌电信号模块通过对人体肌肉微弱的生物电信号进行放大、滤波，以获取在运动过程中肌肉被激励的状态信息；所述充电源智能切换模块管理充电源的选择，使系统能在多种充电源之下自动切换；所述微控制器对上述各模块进行总体控制以及对采集到的肌电数据进行标定、校正，然后通过蓝牙模块把处理完的数据发送到上位主控机进行实时显示、分析及保存；其中，所述电池充电器模块包括：充电芯片U12和电池连接头PL2；所述电池连接头用于连接锂电池，所述充电芯片实现充电电压电流的控制；该模块的工作原理包括：充电芯片U12接收从无线充电模块的输出Wireless_OUT，以此作为充电的能量来源，然后输出稳定的充电电压OUT_BATT给电池连接头PL2，完成对电池的充电；其中，所述无线充电模块包括：无线充电接收器芯片U11和电线圈PL1；该模块的工作原理包括：电线圈PL1接收从无线充电基座发出来的电磁感应能量，然后输出到无线充电接收器芯片U11，U11将感应电流整合成稳定的电压输出Wireless_OUT至电池充电器模块的U12，为充电芯片提供输入电源；同时，U11的输出Wireless_OUT连接到充电源智能切换模块的大功率三极管逻辑电路T1，以供充电源智能切换模块选择充电来源；其中，所述能量自收集模块的元件包括升压器芯片U14和PL3，所述PL3包括太阳能光板、热能收集元件、压电陶瓷元件的其中一种；该模块的工作原理包括：PL3采集太阳能、热能、压电能的其中一种，将其转换为电能给U14，U14将采集到的电流做升压整合处理，输出Harv_OUT连接到充电源智能切换模块，以供充电源智能切换模块选择充电来源；其中，所述肌电信号模块的元件包括：放大电路芯片U5和U7、滤波芯片U6、参考电压芯片U8、表面电极E1、E2和E3；该模块的工作原理包括：肌电信号模块通过AA_SDN/、AA_CLK、EMG_AA和EMG_SIG信号与微控制器进行通信和数据交换；肌电信号模块通过E1、E2和E3电极采集表面肌电信号，通过U5和U7对电极采集到的微弱的肌电信号放大，输出到U6；U6对放大后的肌电信号进行滤波整形后，输出到微控制器模块，U8为U5提供参考电压；其中，所述电池监控模块的电路元件包括：电池管理芯片U13；该模块的工作原理包括：U13利用I2C1_SCL与I2C1_SDA信号线与微控制器进行通信，以交换电池状态数据，U13通过OUT_BATT信号与电池连接，获取电池参数信息如电量、电压和电流，U13的ALM信号输出到充电源智能切换模块，以提供过放电保护信号；其中，所述充电源智能切换模块的元件包括：大功率三极管T1；该模块的工作原理包括：T1接收来自无线充电模块的Wireless_OUT信号和能量自收集模块的Harv_OUT信号，通过逻辑判断，自动在无线充电模式和能量自收集充电模式间切换；当无线充电源和能量自收集充电源同时接入到系统时，设定无线充电源具有更高优先级；在无线充电模式下，T1将打通连接Wireless_OUT信号和OUT_BATT信号；在能量自收集充电模式下，T1打通连接Harv_OUT信号和OUT_BATT信号；T1判断来自于电池监控模块的ALM信号，用于过放电保护控制；其中，所述微控制器的电路元件包括：稳压芯片U9、STM32Cortex-M3微控制器U10、三色发光二极管LED1和晶振Y1；该模块的工作原理包括：Y1为U10的晶振源，LED1为系统状态显示灯，U9将来自电池的电压信号OUT_BATT稳压成U10所需要的电压值，U10通过USART2_RTS、USART2_TX、USART2_RX、USART2_CTS、BT_RESET#、BT_GPIO4、BT_GPIO3、BT_GPIO1和OSC32_IN信号与蓝牙模块进行通信以及相关参数设定，U10通过I2C1_SCL、I2C1_SDA、ALM信号与电池监控模块进行通信及参数设定，U10通过AA_SDN/、AA_CLK，EMG_AA、EMG_SIG信号与肌电信号模块进行通信及参数设定；其中，所述蓝牙模块的电路元件包括：蓝牙芯片U2、晶振芯片U1、电平转换芯片U4、U3；该模块的工作原理包括：蓝牙模块通过USART2_RTS、USART2_TX、USART2_RX、USART2_CTS、BT_RESET#、BT_GPIO4、BT_GPIO3、BT_GPIO1和OSC32_IN信号与微控制器进行通信和数据交换，U2通过U3和U4对BT_TX和BT_RTS进行电平转换，转换成USART2_RX和USART2_CTS信号。