基于富芮坤FR3068x-C的医用冰帽带语音与音乐治疗功能的系统架构设计，是一个结合低功耗、高安全性无线MCU（微控制器单元）、制冷技术、具有音频治疗功能以及用户交互的复杂系统。结合上位机可以实时温控数据分析。医用冰帽主要用于对人体头部进行降温，以减少大脑的耗氧和耗能，保护脑细胞，减少因供氧、供能不足而出现的脑细胞损害。在抢救复苏过程中，使用医用冰帽可以保护脑细胞，减少脑细胞的损害。此外，医用冰帽还常用于高热患者的物理降温，尤其是对于中枢性发热的患者，药物降温效果较差时，通过医用冰帽的物理降温能起到一定的退热作用。

一、系统概述

   本系统设计一款集成了医用冰帽的降温功能、语音提示与音乐治疗功能的智能医疗设备。由箱体和冰帽两部分组成，两者通过蛇形软管连接。箱体内包含制冷系统、控制和测温系统通过富芮坤FR3068x-C无线MCU作为核心控制器，实现对冰帽制冷系统的控制、麦克风采集，音频输出治疗以及与用户交互的界面处理。

二、系统架构


框架结构.png

1. 硬件架构

· 核心控制器：富芮坤FR3068x-C无线MCU，负责系统的主要逻辑控制、数据通信及音频处理。FR3068x-C系列芯片内置了蓝牙BR/EDR/BLE的收发器和控制器。支持蓝牙音频传输，可以实现蓝牙音频的接收和发送功能。

· 制冷系统：包括冷凝剂、冷却元件、温度传感器及制冷循环控制模块，实现医用冰帽的降温功能。

· 传感器采集：FR3068具有12 位 ADC（模拟数字转换器），总计 10 个外部模拟输入，最大支持 16 NTC 10K采集。

                      为了解决IO，才有DS18B20，一个IO通过单总线可以采集N组DS18B20传感器数据。

· 音频系统：音频解码器、功率放大器、扬声器，用于播放语音提示和音乐治疗音频。

· 用户交互界面：FTF高青RGB屏，按键面板、LED指示灯，提供用户操作接口及状态反馈。

· 电源管理：电池或外接电源适配器，一路ADC实时监测锂电池电压，有无市电介入。为整个系统提供稳定的电源供应。

· 通信模块：蓝牙模块（利用FR3068x-C内置的蓝牙BLE功能），实现与智能手机或其他智能设备的无线连接。

2. 软件架构:

· 操作系统：基于实时操作系统（RTOS），提供多任务处理、资源管理等功能。

· 设备驱动程序：MCU驱动程序、制冷系统驱动程序、音频系统驱动程序等，实现硬件抽象及底层控制。

· 温度控制模块：负责监测温度传感器数据，引入PID模组控制，根据预设温度范围精确控制制冷系统的开关及制冷强度。

· 音频处理模块：FR3068x-C系列芯片内置了高效的音频解码器，能够支持多种音频格式的解码，可以本地可以支持音频文件的解码、播放控制及音量调节，实现语音提示和音乐治疗的音频输出。FR3068x-C系列芯片内置了蓝牙BR/EDR/BLE的收发器和控制器，也可无线接受PC端音频

· 用户交互模块：处理用户输入按键输入，更新用户界面显示，提供用户友好的交互体验。

· 通信模块：实现与智能手机或其他智能设备的蓝牙连接，支持数据同步、远程控制等功能。

· 安全管理模块：FR3068x-C内置 AES 硬件加速器可以实现 AES (Advanced Encryption Standard)编码算法，即 Rijndael 算法。支持 6 种结构模式（ECB、 CBC、 CFB、 OFB、 CTR 和 PCBC）模式，能够进行加、 解密双向运算，覆盖三种不同长度的密钥，分别是 AES-128、 AES-192、 AES-256 AES数据加密、实现用户身份验证等功能，确保系统的安全性。

· 基于QT开发上位机：实现PC端显示，实现数据记录，数据分析，远程交互功能。


3、成果展示：

微信图片_20250215230103.jpg

实物.png


基于QT开发上位机，试下BLE数据透传到电脑，节省线束。

5555.png

898221.png

<pre>
  • </pre>
    • 复制代码


    4、关键技术点：

    1. 温度精确控制：通过高精度温度传感器及先进的PID控制算法，实现对冰帽温度的精确监测与控制。

    PID关键代码

    // PID参数结构体
    

  • typedef struct {
    

  •     float Kp; // 比例系数
    

  •     float Ki; // 积分系数
    

  •     float Kd; // 微分系数
    

  •     float prev_error; // 上一次的误差
    

  •     float integral; // 积分累积
    

  • } PID_Controller;
    


  • 

  • // PID控制器实例
    

  • PID_Controller pid;
    


  • 

  • // 初始化PID控制器
    

  • void PID_Init(PID_Controller *controller, float Kp, float Ki, float Kd) {
    

  •     controller->Kp = Kp;
    

  •     controller->Ki = Ki;
    

  •     controller->Kd = Kd;
    

  •     controller->prev_error = 0.0f;
    

  •     controller->integral = 0.0f;
    

  • }
    


  • 

  • // PID计算函数
    

  • float PID_Compute(PID_Controller *controller, float setpoint, float measured_value, float dt) {
    

  •     float error = setpoint - measured_value; // 计算误差
    

  •     controller->integral += error * dt; // 积分累积
    

  •     float derivative = (error - controller->prev_error) / dt; // 计算微分
    


  • 

  •     // 应用PID公式计算输出
    

  •     float output = controller->Kp * error + controller->Ki * controller->integral + controller->Kd * derivative;
    


  • 

  •     // 更新上一次的误差
    

  •     controller->prev_error = error;
    


  • 

  •     return output;
    

  • }
  • 复制代码
    int        get_temperature(uint adc)
    

  • {
    

  •         uint        code *p;
    

  •         uint        i;
    

  •         uchar        j,k;
    

  •         uchar        min,max;        //查表序号, 0对应-40度, 160对应120度
    

  •         
    

  • //        adc = 4096 - adc;        //Rt接地
    

  •         p = temp_table;
    

  •         if(adc < p[0])                return (0xfffe);
    

  •         if(adc > p[160])        return (0xffff);
    

  •         
    

  •         min = 0;                //-40度
    

  •         max = 160;                //120度
    


  • 

  •         for(j=0; j<5; j++)        //对分查表
    

  •         {
    

  •                 k = min / 2 + max / 2;
    

  •                 if(adc <= p[k])        max = k;
    

  •                 else                        min = k;
    

  •         }
    

  •                  if(adc == p[min])        i = (uint)min * D_SCALE;
    

  •         else if(adc == p[max])        i = (uint)max * D_SCALE;
    

  •         else        // min < temp < max
    

  •         {
    

  •                 while(min <= max)
    

  •                 {
    

  •                         min++;
    

  •                         if(adc == p[min])        {i = (uint)min * D_SCALE;        break;}
    

  •                         else if(adc < p[min])        //线性插补
    

  •                         {
    

  •                                 min--;
    

  •                                 i = p[min];        //min
    

  •                                 j = (adc - i) * D_SCALE / (p[min+1] - i);
    

  •                                 i = min;
    

  •                                 i *= D_SCALE;
    

  •                                 i += j;
    

  •                                 break;
    

  •                         }
    

  •                 }
    

  •         }
    

  •         return (i-400);
    

  • }
    • 复制代码

    2. 音频处理与优化：采用高质量的音频解码器及功率放大器，确保语音提示清晰、音乐治疗效果显著。同时，支持多种音频格式及播放模式，满足不同用户的需求。

    3. 用户交互设计：简洁直观的用户界面，提供清晰的温度显示、操作提示及状态反馈。支持按键操作，方便用户快速上手。

    4. 蓝牙通信与远程控制：利用FR3068x-C内置的蓝牙功能，实现与智能手机或其他智能设备的无线连接。支持远程温度设置、音频播放控制等功能，提高系统的灵活性和便捷性。

    5. 低功耗设计：采用低功耗硬件组件及优化的软件算法，确保系统在长时间使用过程中保持较低的能耗。