实现类海豚音超声装置的儿童自闭症辅助治疗设备的制作方法

本实用新型涉及一种儿童自闭症辅助治疗设备，具体为一种通过实现类海豚音超声装置的设备，属于声波技术领域。

背景技术：

自闭症：又名儿童孤独症，表现为不同程度的言语发育障碍、人际交往障碍、兴趣陕窄、行为方式刻板，约有3/4的患儿有明显的精神发育迟滞，是一种原因不明的神经心理发育障碍综合症。科学实验表明，海豚发出的“超声波”式的声音对自闭症患儿的大脑有一定的激活作用，对儿童的中枢神经系统来说，有良好的促进作用和医疗价值，能够循序渐进地改善自闭症儿童沟通、认知与语言能力，阻止其刻板行为的加深。国内外运用海豚，对脑瘫患儿及自闭症患儿进行辅助训练的例子逐渐增多。然只能通过接触海豚，才能通过海豚发出的超声波进行治疗，需要付出的时间与成本的代价高昂，不是每一位家庭都能够承受，也不是每一个拥有海豚的基地都愿意为患儿提供治疗服务。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种实现类海豚音超声装置的儿童自闭症辅助治疗设备，其能发出2000Hz～100000Hz等多种波长的声波，对自闭症儿童的大脑有激活作用。本实用新型采用的技术方案是：

经科研人员研究发现，当海豚在患儿头部近距离发出叫声时，能对患儿头部产生强烈的冲击和刺激，进而激活患儿处于“休眠”状态的神经元细胞，对儿童的中枢神经系统来说，有良好的促进作用和医疗价值，能够循序渐进地改善自闭症儿童沟通、认知与语言能力，阻止其刻板行为的加深。

因此，本实用新型提供的一种实现类海豚音超声装置的儿童自闭症辅助治疗设备，包括：

主控制器U1，通过将采集的多种海豚音频样本信号，进行FFT变换,从而获取海豚音频特征值；对每个样本的海豚音频特征值进行排序；

DAC模数转换芯片U2，将主控制器获取的多种样本的海豚音频特征值进行频率段选取，选取多个不同频率段的音频特征值输出，将选取出来的音频特征值转换为模拟信号；

超声波发射装置，包括多个不同频率段的超声波发生器；将经过DAC模数转换芯片输出的音频特征值，转换成机械功率，根据频率的不同，选择对应频率段的超声波发生器输出，从而模拟出类似于海豚音的声波。

进一步地，主控制器与DAC模数转换芯片通过IIC进行数据通信。

进一步地，DAC模数转换芯片U2的参考电压输入端接一个参考电压VREF；DAC模数转换芯片U2的多个模拟信号输出端分别连接多个不同频率段的超声波发生器。

更进一步地，，DAC模数转换芯片U2的不同输出信号能够叠加输出。

进一步地，超声波发射装置包括8个不同频率段的超声波发生器T1～T8，对应的频率段为：2000Hz-10000Hz、10000Hz-20000Hz、20000Hz-30000Hz、30000Hz-50000Hz、50000Hz-70000Hz、70000Hz-80000Hz、80000Hz-90000Hz、90000Hz-100000Hz。

进一步地，DAC模数转换芯片U2选择排序后所有样本的海豚音频特征值中信号（此信号就是海豚音频特征值)集中的多个频率段，并从这多个频率段中各取一个信号作为选取出来的音频特征值，将这多个不同频率段的信号转化为模拟信号。

本实用新型的优点在于：现实中，不同海豚在不同状态发出的声音不同，即频率不同，而本实用新型采集多个海豚音信号样本，通过FFT变换获取出所有海豚音样本的特征值，客户在使用本实用新型时，根据实际使用需求，选择不同的声音频段及信号数量不断输出，从而使本实用新型可以最大限度地最大真实度地还原出海豚音，能够更好地运用于现实中，为自闭症人群带来福音。

进而，在不需要海豚在侧的情况下，家长可以让患儿随时接受到海豚音信号。自闭症儿童一般不会因为海豚高兴或者生气发出的不同声波而影响心情，因为无论是上升调还是平直调的超声波作用都一样，然这些声波虽然人耳无法获取到，但这些声波却会对自闭症儿童神经产生极强烈的冲击与刺激，激活患儿处于“休眠”状态的神经元细胞，可以作为一种自闭症儿童的辅助治疗设备，让家长可以随时随地的使用本实用新型，大大降低了时间与成本的代价。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的FFT转换信号示例图。

图3为本实用新型的电原理图。

图4为本实用新型的DAC芯片转换信号示例图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实现类海豚音超声装置的儿童自闭症辅助治疗设备，如图1所示，包括主控制器、DAC模数转换芯片、超声波发射装置；主控制器与DAC模数转换芯片通过IIC接口进行数据通信，DAC模数转换芯片与超声波发射装置通过IIC接口进行数据通信。

主控制器U1，通过将采集的多种海豚音频样本信号，进行FFT变换,从而获取海豚音频特征值；

DAC模数转换芯片U2，将主控制器获取的多种样本的海豚音频特征值进行频率段选取，选取多个不同频率段的音频特征值输出，将选取出来的音频特征值转换为模拟信号；

超声波发射装置，包括多个不同频率段的超声波发生器；将经过DAC模数转换芯片输出的音频特征值，转换成机械功率，根据频率的不同，选择对应频率段的超声波发生器输出，从而模拟出类似于海豚音的声波。

以下是一个具体的例子。

主控制器可以将采集到的100个海豚音频样本信号通过FFT变换，对原音进行信号处理，将海豚音频样本信号转化为离散数字信号，获取这些海豚音频样本的特征值；而DAC模数转换芯片则对经过FFT变换处理后获得的多种样本的海豚音频特征值进行选取，选择特征值中信号较为集中的8个频率段（可以选取多个，此处为举例选择8个），并从这8个频率段中各取一个信号，将这8个不同频率段的信号转化为模拟信号，由IIC信号接口推送到超声波发射装置中不同输出频率的超声波发生器输出；

主控制器可以将采集到的100个海豚音频样本(此处举例100个，根据实际需求数量不定)信号通过FFT变换，对原音进行信号处理，将海豚音频样本信号转化为离散数字信号，获取这些海豚音频样本的特征值，对每个样本的特征值进行排序；而用户根据实际需求通过DAC模数转换芯片对经过FFT变换处理后获得的所有样本的海豚音特征值进行选取，选择8个不同频率的信号，将这8个不同频率的信号(海豚音特征值)转化为模拟信号，分别从DAC模数转换芯片8个模拟信号输出端推送到超声波发射装置输出；

8个不同频率的信号选择可以根据客户功能自定义，例如：可以根据所有样本特征值中信号较为集中的8个频率段，从每个频率段中分别选择一个信号(海豚音特征值)作为DAC输出信号，将这8个不同频率段的信号转化为模拟信号；

一个海豚音频样本经过FFT变换后的海豚音频特征值可能是40K,100K,30K,50K,60K,3K……；另一个海豚音频样本经过FFT变换后的海豚音频特征值可能是35K,90K,60K,50K,2K,3K……；

比如第1、2、3……100个海豚音频样本经过FFT变换，然后排序后，35KHz-40khz之间的频率信号（海豚音频样本的特征值）最为集中，也就是在该35KHz-40khz频率段内的海豚音频特征值出现频率最高；则在35KHz-40khz频率段中取一个信号作为选取出来的一个音频特征值；以此方法类推，直到选出8个不同频率段的音频特征值；

此案例中选择8个频率信号是由于只采用了一颗DAC芯片，若采用2颗DAC芯片，即可选择16个频率信号，因此选取多少频率信号通过客户选用DAC芯片的数量决定。

主控制器采用无锡硅动力公司的SP3306或SP3308；海豚音频样本信号经过FFT变换后输出的部分信号如图2所示；

本实用新型的电原理如图3所示；主控制器U1通过IIC接口连接DAC模数转换芯片U2；DAC模数转换芯片U2的参考电压输入端接一个10v的参考电压VREF；参考电压VREF由基准电压芯片U5将供电电压VCC（12v）转换而来；

DAC模数转换芯片U2采用AD5669R芯片，为一种高集成度直接数字频率合成器(DDS),该芯片内部集成有高速,高性能D/A转换器和比较器,最高时钟参考频率可达125MHz，能够将主控制器U1输出的通过多个采集样本的特征值中选取多个不同频率段的信号(选取出的音频特征值)并输出；经过DAC模数转换芯片U2转换后部分信号输出示例如图4所示；

超声波发射装置包括8个不同频率段的超声波发生器T1～T8；超声波发生器内含超声波换能器；DAC模数转换芯片U2的八个模拟信号输出端分别连接8个不同频率段的超声波发生器T1～T8；

基准电压芯片U5将12V的电压转化成10V的基准电压，对DAC模数转换芯片U2选取的8个不同频率段的信号进行分压，转换成最大幅值为10V的脉冲信号，推送到不同频率段的超声波换能器上，从而还原类海豚音；

超声波发射装置包括8个不同频率段的超声波发生器T1～T8，对应的频率段为：2000Hz-10000Hz、10000Hz-20000Hz、20000Hz-30000Hz、30000Hz-50000Hz、50000Hz-70000Hz、70000Hz-80000Hz、80000Hz-90000Hz、90000Hz-100000Hz。由于单个超声波发声器的频响范围有限，因此需要多个不同频率段的超声波发生器组合；DAC模数转换芯片U2不同输出信号能够叠加，因此超声波发射装置可以接受不同频率段的信号值输入；比如图3中，DAC模数转换芯片U2的A、B、F三个模拟信号输出端分别输出位于2000Hz-10000Hz、10000Hz-20000Hz、70000Hz-80000Hz不同频率段内的信号；超声波发生器T1、T2和T6输出对应频率的声波。

海豚发生频率为2000Hz～100000Hz的多种波长的声波，这种独特的高频率声音，高于20kHz部分正常人体无法捕捉到，2000Hz～100000Hz的多种波长的声波然而却能够对自闭症、脑瘫、唐氏综合征等患者们处于“休眠”状态的神经元细胞产生强烈的冲击和刺激作用，它能够使儿童有一种放松感，对儿童的中枢神经系统来说，有良好的促进作用和医疗价值，能够循序渐进地改善自闭症儿童沟通、认知与语言能力，阻止其刻板行为的加深。然而，一只海豚的扶养成本高昂，为海洋生物，让每一个患者家庭拥有一只海豚实属不现实，海豚音对自闭症儿童有疗效，若将海豚的声音通过技术手段实现，让每一个患者家庭都能够拥有仿佛时刻有海豚陪伴的场景，成为自闭症儿童的辅助治疗设备，丰富自闭症儿童治疗技术领域。

本实用新型涉及的一些专业术语解释如下：

FFT：Fast Fourier Transform，是一种离散傅立叶变换的高效算法，称为快速傅立叶变换。

DAC：Digital to Analog Converter，数字模拟转换器。

IIC：Inter-Integrated Circuit，集成电路总线。