一種便攜式24GHz連續(xù)波人體生命探測儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種生命探測儀，具體涉及一種便攜式24GHz連續(xù)波人體生命探測儀，用于無接觸探測人體生命信號。
【背景技術(shù)】
[0002]無接觸人體生命探測儀是一種利用無線電磁波檢測人體生命特征的探測儀。相比于傳統(tǒng)的接觸式人體生命探測儀，該探測儀無須將諸如電極等直接接觸到人體，避免造成人體的不適，特別適合于行動不變的老人與小孩的長期生命特征監(jiān)控。此外，利用電磁波的穿透性，可隔墻探測出生命的存在，該探測儀還可以用于諸如消防、地震等救援上。因此，自從20世紀(jì)70年代以來，人們對人體生命探測儀進(jìn)行了大量研究。為避免探測過程中因“零點(diǎn)”問題導(dǎo)致的探測精度的嚴(yán)重下降，探測儀通常采用正交I/Q設(shè)計(jì)。近年來，為了使人體生命探測儀的探測精度更高，以使其能更加有效的應(yīng)用于醫(yī)療護(hù)理領(lǐng)域。人們的研究在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面主要集中在三個(gè)方面:(I)雷達(dá)發(fā)射電磁波頻率由低頻到高頻發(fā)展:2.4GHz向
5.8GHz，1Hz，24GHz，甚至35GHz發(fā)展，因?yàn)轭l率越高，電磁波的波長就越短，探測儀的靈敏度就越高。(2)ADC分辨率由16bit到24bit發(fā)展，采樣速率采用過采用KHz量級采集數(shù)據(jù)。因?yàn)榉直媛试礁?，接收機(jī)信噪比就越高。采集速率越高，信號量化信噪比相應(yīng)的也就越高。(3 )為了便于使用，大體積大重量的系統(tǒng)集成向高集成電路發(fā)展。這些較高靈敏度的探測儀配合有效的心率提取的信號處理算法，將較大程度的提高探測儀的生命探測精度。
[0003]然而，當(dāng)前便攜式24GHz人體生命探測儀從便攜式以及實(shí)用性方面存在以下問題:(I)24GHz收發(fā)天線采取專門定制方式，尺寸較大，成本較高。(2)24bit ADC采用專門的獨(dú)立ADC獨(dú)立芯片或采集卡如Texas Instrument ADS1251實(shí)現(xiàn)，成本較高，并增加了集成復(fù)雜度。(3)供電電源采用220V變壓器實(shí)現(xiàn)或大體積鋰電池，無法真正做到便攜及輕便設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供了一種便攜式24GHz連續(xù)波人體生命探測儀，該探測儀可以用于無接觸探測人體生命信號，具有體積小、便攜、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]上述目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種便攜式24GHz連續(xù)波人體生命探測儀，包括發(fā)射機(jī)及與其連接的發(fā)射天線、接收機(jī)前端及與其連接的接收天線、AD轉(zhuǎn)換器、AD轉(zhuǎn)換器前的模擬信號調(diào)理電路模塊、AD轉(zhuǎn)換器后的數(shù)字信號處理器、顯示終端和用移動電源供電的DC/DC電源模塊;發(fā)射機(jī)將本振LO信號輸送至接收機(jī)前端，接收機(jī)前端向模擬信號調(diào)理電路模塊輸出I/Q兩路信號，模擬信號調(diào)理電路模塊將接收到的信號濾波放大后再分成I/Q兩路信號輸送給AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器將接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后再分成I/Q兩路信號輸送給數(shù)字信號處理器，最后輸出至顯示終端顯示;其中，所述發(fā)射機(jī)及與其連接的發(fā)射天線、接收機(jī)前端及與其連接的接收天線采用K-LC2雷達(dá)探測儀模塊，所述模擬信號調(diào)理電路模塊采用程控放大器和Butterworth濾波器，所述AD轉(zhuǎn)換器和AD轉(zhuǎn)換器后的數(shù)字信號處理器采用C8051f350單片機(jī)，所述顯示終端為具有數(shù)字信號處理功能的顯示終端;所述DC/DC電源模塊分別與K-LC2雷達(dá)探測儀模塊、模擬信號調(diào)理電路模塊以及C8051 f350單片機(jī)連接。
[0007]K-LC2雷達(dá)探測儀模塊提高了探測儀集成度，簡化了設(shè)計(jì)，可直接+5V供電，直接對天線接收的信號下變頻，輸出模擬基帶信號。AD轉(zhuǎn)換器和AD轉(zhuǎn)換器后的數(shù)字信號處理器采用C8051f350單片機(jī)一方面可以滿足人體生命探測儀的AD轉(zhuǎn)換要求，另一方面可以對AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行初步處理，比采用專門的高分辨率AD轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)簡單，成本低。C8051f350單片機(jī)后連接的具有數(shù)字信號處理功能的顯示終端可以對數(shù)字信號做進(jìn)一步處理并顯示。具有數(shù)字信號處理功能的顯示終端很容易獲得，簡化了探測儀的設(shè)計(jì)，便于提高探測儀的集成度，體積小、便攜且成本低。
[0008]進(jìn)一步地，所述程控放大器為一百倍的雙路程控放大器。
[0009]進(jìn)一步地，所述Butterworth濾波器為四階Butterworth濾波器。采用四階Butterworth實(shí)現(xiàn)低通30Hz的濾波。
[0010]進(jìn)一步地，所述具有數(shù)字信號處理功能的顯示終端為手機(jī)或者電腦。
[0011]進(jìn)一步地，所述C8051f350單片機(jī)通過其串口或者外接串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊將初步處理后的信號發(fā)送到手機(jī)或者電腦中做進(jìn)一步的信號處理并顯示。
[0012]進(jìn)一步地，用串口轉(zhuǎn)無線以太網(wǎng)模塊代替所述串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊。用串口轉(zhuǎn)無線以太網(wǎng)模塊代替所述串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊方便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸。市面上有大量此模塊，售價(jià)100元以下。
[0013]進(jìn)一步地，采用K-MC3雷達(dá)探測儀模塊代替K-LC2雷達(dá)探測儀模塊。RFbeam提供了大量的不同波束的24GHz雷達(dá)前端模塊，為了提高天線的增益及接收機(jī)的靈敏度，可選擇其他RFBeam雷達(dá)收發(fā)前端如K-MC3代替K-LC2，因?yàn)镵-MC3自帶放大器，可進(jìn)一步提高探測儀的靈敏度。
[0014]進(jìn)一步地，所述模擬信號調(diào)理電路模塊還設(shè)有直流濾波器或者可調(diào)直流偏置電路。接收機(jī)前端的基帶輸出信號包含大的靜止雜波，為了使AD采集的分辨率最高，模擬信號調(diào)理電路模塊處應(yīng)添加直流濾波器或者可調(diào)直流偏置電路，使I/Q基帶輸出的直流偏置信號幅度在C8051f350的AD內(nèi)部最大電壓(2.5V)的一半處。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果:
[0016](I)發(fā)射機(jī)、發(fā)射天線、接收機(jī)前端及接收天線采用K-LC2雷達(dá)探測儀模塊實(shí)現(xiàn)，該模塊可直接+5V供電，僅有I元硬幣大小，提高了系統(tǒng)集成度，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
[0017](2)本實(shí)用新型不采用專門的高分辨率AD轉(zhuǎn)換器，而直接采用C8051f350單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。該單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是自帶兩路24bit的和差A(yù)DC，最尚米樣速率為IKsps，完全滿足人體生命探測儀的ADC要求。該單片機(jī)Rom為8K，可對兩路數(shù)字信號做簡單處理后，通過單片機(jī)的串口或者外接串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊，直接發(fā)送到手機(jī)或者電腦中做進(jìn)一步的信號處理，提取人體的呼吸與心跳頻率。此外，該單片機(jī)價(jià)格低廉，16元左右一片。
[0018](3)由于移動終端的快速發(fā)展，出現(xiàn)了各式移動電源，本實(shí)用新型可直接采用移動電源，提供miniUSB 口作為電源輸入，真正實(shí)現(xiàn)便攜。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實(shí)用新型提供的人體生命探測儀的組成原理框架圖；
[0020]圖2是本實(shí)用新型提供的人體生命探測儀的測量數(shù)據(jù)顯示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例詳細(xì)說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
[0022]如圖1所示，一種便攜式24GHz連續(xù)波人體生命探測儀，包括發(fā)射機(jī)及與其連接的發(fā)射天線、接收機(jī)前端及與其連接的接收天線、AD轉(zhuǎn)換器、AD轉(zhuǎn)換器前的模擬信號調(diào)理電路模塊、AD轉(zhuǎn)換器后的數(shù)字信號處理器、顯示終端和用移動電源供電的DC/DC電源模塊;發(fā)射機(jī)將本振LO信號輸送至接收機(jī)前端，接收機(jī)前端向模擬信號調(diào)理電路模塊輸出I/Q兩路信號，模