FPGA在音樂科技及醫(yī)療照護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用

FPGA的應(yīng)用領(lǐng)域包羅萬象，我們今天來看看在音樂科技領(lǐng)域及醫(yī)療照護(hù)的智能巧思。

重慶大學(xué)通信工程學(xué)院何偉老師是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)及嵌入式系統(tǒng)的專家，也是亞洲創(chuàng)新大賽的元老和常勝軍，最近，由何偉老師指導(dǎo)的學(xué)生何林林、唐雪、連嘉銳，設(shè)計(jì)了一款基于FPGA的「智能自動(dòng)調(diào)音器」，創(chuàng)意地將 FPGA 運(yùn)用于樂器調(diào)弦中，在Innovate FPGA創(chuàng)新大賽中獲得一等獎(jiǎng)。這款調(diào)音器利用 FPGA 實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)傳輸處理、以及 DE10-Nano 多樣接口的優(yōu)勢(shì)，不但讓當(dāng)今的演奏者能在極短時(shí)間對(duì)樂器精確的調(diào)弦，同時(shí)也開啟了新一世代 FPGA 在音樂科技應(yīng)用的新一扇窗口！

首先麥克風(fēng)將采集到的琴弦音信息傳遞給WM8731 音頻芯片對(duì)琴弦音進(jìn)行采樣，采樣后的數(shù)據(jù)傳遞給DE10-Nano-SoC 核心處理板，完成當(dāng)前琴弦音信號(hào)的端點(diǎn)檢測(cè)和基音頻率檢測(cè)。然后核心處理板把頻率比較信息用于規(guī)劃電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)控制模塊根據(jù)接收到的信息對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行速度、位置的控制，完成自動(dòng)調(diào)弦。

FPGA的低功耗優(yōu)勢(shì)，結(jié)合縮小的物理尺寸與架構(gòu)上的優(yōu)化，可提高醫(yī)療設(shè)備可靠性的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步縮小醫(yī)療產(chǎn)品的體積，非常適合發(fā)展可穿戴式醫(yī)療檢測(cè)、監(jiān)控的相關(guān)應(yīng)用，造福全球無數(shù)的人們。

Lasarrus醫(yī)療研究中心的科學(xué)家們針對(duì)中風(fēng)患者開發(fā)出了一套非侵入式的智能感應(yīng)手套，讓患者能夠從事機(jī)器人輔助復(fù)健治療，提高復(fù)健中重復(fù)鍛煉運(yùn)動(dòng)的效率，從而使患者的大腦能夠進(jìn)行自我重組，并重新建立手部控制意志運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)通路。

此項(xiàng)目的硬件設(shè)計(jì)包含了一個(gè)利用柔性材料做的3D打印特制手套，里面載有DE10-Nano, 慣性測(cè)量單元(IMU)傳感器，壓力傳感器，可以獲取手掌的移動(dòng)狀況以及掌心的壓力數(shù)據(jù)。另外還配上一個(gè)帶有傳感器的棉質(zhì)手套，可以測(cè)量和獲取手指的彎曲和力量運(yùn)動(dòng)。

戴上這套系統(tǒng)，患者的手部各種動(dòng)作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將會(huì)透過DE10-Nano處理后傳送入PC主機(jī)，實(shí)時(shí)的顯示在主機(jī)上運(yùn)行的GUI并與患者互動(dòng)。系統(tǒng)可以執(zhí)行許多的手部復(fù)健練習(xí)如球體握力、滾球練習(xí)、杯體搖動(dòng)等動(dòng)作，并透過傳感器的數(shù)據(jù)判斷動(dòng)作是否完成，如此一來，患者可方便又實(shí)時(shí)的與GUI互動(dòng)，觀看每個(gè)練習(xí)的動(dòng)作是否有效完成，達(dá)到最有效的復(fù)健目的。