本實(shí)用新型涉及一種兒童自閉癥輔助治療設(shè)備，具體為一種通過(guò)實(shí)現(xiàn)類海豚音超聲裝置的設(shè)備，屬于聲波技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

自閉癥：又名兒童孤獨(dú)癥，表現(xiàn)為不同程度的言語(yǔ)發(fā)育障礙、人際交往障礙、興趣陜窄、行為方式刻板，約有3/4的患兒有明顯的精神發(fā)育遲滯，是一種原因不明的神經(jīng)心理發(fā)育障礙綜合癥?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)表明，海豚發(fā)出的“超聲波”式的聲音對(duì)自閉癥患兒的大腦有一定的激活作用，對(duì)兒童的中樞神經(jīng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有良好的促進(jìn)作用和醫(yī)療價(jià)值，能夠循序漸進(jìn)地改善自閉癥兒童溝通、認(rèn)知與語(yǔ)言能力，阻止其刻板行為的加深。國(guó)內(nèi)外運(yùn)用海豚，對(duì)腦癱患兒及自閉癥患兒進(jìn)行輔助訓(xùn)練的例子逐漸增多。然只能通過(guò)接觸海豚，才能通過(guò)海豚發(fā)出的超聲波進(jìn)行治療，需要付出的時(shí)間與成本的代價(jià)高昂，不是每一位家庭都能夠承受，也不是每一個(gè)擁有海豚的基地都愿意為患兒提供治療服務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種實(shí)現(xiàn)類海豚音超聲裝置的兒童自閉癥輔助治療設(shè)備，其能發(fā)出2000Hz～100000Hz等多種波長(zhǎng)的聲波，對(duì)自閉癥兒童的大腦有激活作用。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

經(jīng)科研人員研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)海豚在患兒頭部近距離發(fā)出叫聲時(shí)，能對(duì)患兒頭部產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和刺激，進(jìn)而激活患兒處于“休眠”狀態(tài)的神經(jīng)元細(xì)胞，對(duì)兒童的中樞神經(jīng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有良好的促進(jìn)作用和醫(yī)療價(jià)值，能夠循序漸進(jìn)地改善自閉癥兒童溝通、認(rèn)知與語(yǔ)言能力，阻止其刻板行為的加深。

因此，本實(shí)用新型提供的一種實(shí)現(xiàn)類海豚音超聲裝置的兒童自閉癥輔助治療設(shè)備，包括：

主控制器U1，通過(guò)將采集的多種海豚音頻樣本信號(hào)，進(jìn)行FFT變換,從而獲取海豚音頻特征值；對(duì)每個(gè)樣本的海豚音頻特征值進(jìn)行排序；

DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2，將主控制器獲取的多種樣本的海豚音頻特征值進(jìn)行頻率段選取，選取多個(gè)不同頻率段的音頻特征值輸出，將選取出來(lái)的音頻特征值轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；

超聲波發(fā)射裝置，包括多個(gè)不同頻率段的超聲波發(fā)生器；將經(jīng)過(guò)DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片輸出的音頻特征值，轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率，根據(jù)頻率的不同，選擇對(duì)應(yīng)頻率段的超聲波發(fā)生器輸出，從而模擬出類似于海豚音的聲波。

進(jìn)一步地，主控制器與DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片通過(guò)IIC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

進(jìn)一步地，DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2的參考電壓輸入端接一個(gè)參考電壓VREF；DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2的多個(gè)模擬信號(hào)輸出端分別連接多個(gè)不同頻率段的超聲波發(fā)生器。

更進(jìn)一步地，，DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2的不同輸出信號(hào)能夠疊加輸出。

進(jìn)一步地，超聲波發(fā)射裝置包括8個(gè)不同頻率段的超聲波發(fā)生器T1～T8，對(duì)應(yīng)的頻率段為：2000Hz-10000Hz、10000Hz-20000Hz、20000Hz-30000Hz、30000Hz-50000Hz、50000Hz-70000Hz、70000Hz-80000Hz、80000Hz-90000Hz、90000Hz-100000Hz。

進(jìn)一步地，DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2選擇排序后所有樣本的海豚音頻特征值中信號(hào)（此信號(hào)就是海豚音頻特征值)集中的多個(gè)頻率段，并從這多個(gè)頻率段中各取一個(gè)信號(hào)作為選取出來(lái)的音頻特征值，將這多個(gè)不同頻率段的信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：現(xiàn)實(shí)中，不同海豚在不同狀態(tài)發(fā)出的聲音不同，即頻率不同，而本實(shí)用新型采集多個(gè)海豚音信號(hào)樣本，通過(guò)FFT變換獲取出所有海豚音樣本的特征值，客戶在使用本實(shí)用新型時(shí)，根據(jù)實(shí)際使用需求，選擇不同的聲音頻段及信號(hào)數(shù)量不斷輸出，從而使本實(shí)用新型可以最大限度地最大真實(shí)度地還原出海豚音，能夠更好地運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)中，為自閉癥人群帶來(lái)福音。

進(jìn)而，在不需要海豚在側(cè)的情況下，家長(zhǎng)可以讓患兒隨時(shí)接受到海豚音信號(hào)。自閉癥兒童一般不會(huì)因?yàn)楹ｋ喔吲d或者生氣發(fā)出的不同聲波而影響心情，因?yàn)闊o(wú)論是上升調(diào)還是平直調(diào)的超聲波作用都一樣，然這些聲波雖然人耳無(wú)法獲取到，但這些聲波卻會(huì)對(duì)自閉癥兒童神經(jīng)產(chǎn)生極強(qiáng)烈的沖擊與刺激，激活患兒處于“休眠”狀態(tài)的神經(jīng)元細(xì)胞，可以作為一種自閉癥兒童的輔助治療設(shè)備，讓家長(zhǎng)可以隨時(shí)隨地的使用本實(shí)用新型，大大降低了時(shí)間與成本的代價(jià)。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的FFT轉(zhuǎn)換信號(hào)示例圖。

圖3為本實(shí)用新型的電原理圖。

圖4為本實(shí)用新型的DAC芯片轉(zhuǎn)換信號(hào)示例圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)現(xiàn)類海豚音超聲裝置的兒童自閉癥輔助治療設(shè)備，如圖1所示，包括主控制器、DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、超聲波發(fā)射裝置；主控制器與DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片通過(guò)IIC接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片與超聲波發(fā)射裝置通過(guò)IIC接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

主控制器U1，通過(guò)將采集的多種海豚音頻樣本信號(hào)，進(jìn)行FFT變換,從而獲取海豚音頻特征值；

DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2，將主控制器獲取的多種樣本的海豚音頻特征值進(jìn)行頻率段選取，選取多個(gè)不同頻率段的音頻特征值輸出，將選取出來(lái)的音頻特征值轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；

超聲波發(fā)射裝置，包括多個(gè)不同頻率段的超聲波發(fā)生器；將經(jīng)過(guò)DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片輸出的音頻特征值，轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率，根據(jù)頻率的不同，選擇對(duì)應(yīng)頻率段的超聲波發(fā)生器輸出，從而模擬出類似于海豚音的聲波。

以下是一個(gè)具體的例子。

主控制器可以將采集到的100個(gè)海豚音頻樣本信號(hào)通過(guò)FFT變換，對(duì)原音進(jìn)行信號(hào)處理，將海豚音頻樣本信號(hào)轉(zhuǎn)化為離散數(shù)字信號(hào)，獲取這些海豚音頻樣本的特征值；而DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片則對(duì)經(jīng)過(guò)FFT變換處理后獲得的多種樣本的海豚音頻特征值進(jìn)行選取，選擇特征值中信號(hào)較為集中的8個(gè)頻率段（可以選取多個(gè)，此處為舉例選擇8個(gè)），并從這8個(gè)頻率段中各取一個(gè)信號(hào)，將這8個(gè)不同頻率段的信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，由IIC信號(hào)接口推送到超聲波發(fā)射裝置中不同輸出頻率的超聲波發(fā)生器輸出；

主控制器可以將采集到的100個(gè)海豚音頻樣本(此處舉例100個(gè)，根據(jù)實(shí)際需求數(shù)量不定)信號(hào)通過(guò)FFT變換，對(duì)原音進(jìn)行信號(hào)處理，將海豚音頻樣本信號(hào)轉(zhuǎn)化為離散數(shù)字信號(hào)，獲取這些海豚音頻樣本的特征值，對(duì)每個(gè)樣本的特征值進(jìn)行排序；而用戶根據(jù)實(shí)際需求通過(guò)DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對(duì)經(jīng)過(guò)FFT變換處理后獲得的所有樣本的海豚音特征值進(jìn)行選取，選擇8個(gè)不同頻率的信號(hào)，將這8個(gè)不同頻率的信號(hào)(海豚音特征值)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，分別從DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片8個(gè)模擬信號(hào)輸出端推送到超聲波發(fā)射裝置輸出；

8個(gè)不同頻率的信號(hào)選擇可以根據(jù)客戶功能自定義，例如：可以根據(jù)所有樣本特征值中信號(hào)較為集中的8個(gè)頻率段，從每個(gè)頻率段中分別選擇一個(gè)信號(hào)(海豚音特征值)作為DAC輸出信號(hào)，將這8個(gè)不同頻率段的信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)；

一個(gè)海豚音頻樣本經(jīng)過(guò)FFT變換后的海豚音頻特征值可能是40K,100K,30K,50K,60K,3K……；另一個(gè)海豚音頻樣本經(jīng)過(guò)FFT變換后的海豚音頻特征值可能是35K,90K,60K,50K,2K,3K……；

比如第1、2、3……100個(gè)海豚音頻樣本經(jīng)過(guò)FFT變換，然后排序后，35KHz-40khz之間的頻率信號(hào)（海豚音頻樣本的特征值）最為集中，也就是在該35KHz-40khz頻率段內(nèi)的海豚音頻特征值出現(xiàn)頻率最高；則在35KHz-40khz頻率段中取一個(gè)信號(hào)作為選取出來(lái)的一個(gè)音頻特征值；以此方法類推，直到選出8個(gè)不同頻率段的音頻特征值；

此案例中選擇8個(gè)頻率信號(hào)是由于只采用了一顆DAC芯片，若采用2顆DAC芯片，即可選擇16個(gè)頻率信號(hào)，因此選取多少頻率信號(hào)通過(guò)客戶選用DAC芯片的數(shù)量決定。

主控制器采用無(wú)錫硅動(dòng)力公司的SP3306或SP3308；海豚音頻樣本信號(hào)經(jīng)過(guò)FFT變換后輸出的部分信號(hào)如圖2所示；

本實(shí)用新型的電原理如圖3所示；主控制器U1通過(guò)IIC接口連接DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2；DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2的參考電壓輸入端接一個(gè)10v的參考電壓VREF；參考電壓VREF由基準(zhǔn)電壓芯片U5將供電電壓VCC（12v）轉(zhuǎn)換而來(lái)；

DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2采用AD5669R芯片，為一種高集成度直接數(shù)字頻率合成器(DDS),該芯片內(nèi)部集成有高速,高性能D/A轉(zhuǎn)換器和比較器,最高時(shí)鐘參考頻率可達(dá)125MHz，能夠?qū)⒅骺刂破鱑1輸出的通過(guò)多個(gè)采集樣本的特征值中選取多個(gè)不同頻率段的信號(hào)(選取出的音頻特征值)并輸出；經(jīng)過(guò)DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2轉(zhuǎn)換后部分信號(hào)輸出示例如圖4所示；

超聲波發(fā)射裝置包括8個(gè)不同頻率段的超聲波發(fā)生器T1～T8；超聲波發(fā)生器內(nèi)含超聲波換能器；DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2的八個(gè)模擬信號(hào)輸出端分別連接8個(gè)不同頻率段的超聲波發(fā)生器T1～T8；

基準(zhǔn)電壓芯片U5將12V的電壓轉(zhuǎn)化成10V的基準(zhǔn)電壓，對(duì)DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2選取的8個(gè)不同頻率段的信號(hào)進(jìn)行分壓，轉(zhuǎn)換成最大幅值為10V的脈沖信號(hào)，推送到不同頻率段的超聲波換能器上，從而還原類海豚音；

超聲波發(fā)射裝置包括8個(gè)不同頻率段的超聲波發(fā)生器T1～T8，對(duì)應(yīng)的頻率段為：2000Hz-10000Hz、10000Hz-20000Hz、20000Hz-30000Hz、30000Hz-50000Hz、50000Hz-70000Hz、70000Hz-80000Hz、80000Hz-90000Hz、90000Hz-100000Hz。由于單個(gè)超聲波發(fā)聲器的頻響范圍有限，因此需要多個(gè)不同頻率段的超聲波發(fā)生器組合；DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2不同輸出信號(hào)能夠疊加，因此超聲波發(fā)射裝置可以接受不同頻率段的信號(hào)值輸入；比如圖3中，DAC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2的A、B、F三個(gè)模擬信號(hào)輸出端分別輸出位于2000Hz-10000Hz、10000Hz-20000Hz、70000Hz-80000Hz不同頻率段內(nèi)的信號(hào)；超聲波發(fā)生器T1、T2和T6輸出對(duì)應(yīng)頻率的聲波。

海豚發(fā)生頻率為2000Hz～100000Hz的多種波長(zhǎng)的聲波，這種獨(dú)特的高頻率聲音，高于20kHz部分正常人體無(wú)法捕捉到，2000Hz～100000Hz的多種波長(zhǎng)的聲波然而卻能夠?qū)ψ蚤]癥、腦癱、唐氏綜合征等患者們處于“休眠”狀態(tài)的神經(jīng)元細(xì)胞產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和刺激作用，它能夠使兒童有一種放松感，對(duì)兒童的中樞神經(jīng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有良好的促進(jìn)作用和醫(yī)療價(jià)值，能夠循序漸進(jìn)地改善自閉癥兒童溝通、認(rèn)知與語(yǔ)言能力，阻止其刻板行為的加深。然而，一只海豚的扶養(yǎng)成本高昂，為海洋生物，讓每一個(gè)患者家庭擁有一只海豚實(shí)屬不現(xiàn)實(shí)，海豚音對(duì)自閉癥兒童有療效，若將海豚的聲音通過(guò)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)，讓每一個(gè)患者家庭都能夠擁有仿佛時(shí)刻有海豚陪伴的場(chǎng)景，成為自閉癥兒童的輔助治療設(shè)備，豐富自閉癥兒童治療技術(shù)領(lǐng)域。

本實(shí)用新型涉及的一些專業(yè)術(shù)語(yǔ)解釋如下：

FFT：Fast Fourier Transform，是一種離散傅立葉變換的高效算法，稱為快速傅立葉變換。

DAC：Digital to Analog Converter，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。

IIC：Inter-Integrated Circuit，集成電路總線。