無(wú)線(xiàn)通信與智能胸帶的設(shè)計(jì)
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時(shí)間：2010-03-17
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在傳統(tǒng)的模擬信號(hào)無(wú)線(xiàn)傳輸采集系統(tǒng)中，需要很好地解決引線(xiàn)誤差補(bǔ)償問(wèn)題、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差問(wèn)題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問(wèn)題等技術(shù)問(wèn)題，才能夠達(dá)到較高的測(cè)量精度。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境惡劣，各種干擾信號(hào)較強(qiáng)，模擬溫度信號(hào)容易受到干擾而產(chǎn)生測(cè)量誤差，影響測(cè)量精度。因此，在采集系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問(wèn)題的最有效方案，考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展?fàn)顩r，確定溫度傳感器采用數(shù)字式，壓力、濕度傳感器采用電壓集成式。
3.2無(wú)線(xiàn)射頻芯片的確定
通過(guò)對(duì)單片機(jī)的工作原理及其接口技術(shù)的了解與掌握，通過(guò)對(duì)市面上的無(wú)線(xiàn)射頻模塊的研究選擇一個(gè)適合的芯片，即具備：無(wú)線(xiàn)收發(fā)器；內(nèi)含8051控制器及A／D轉(zhuǎn)化功能；可在低電壓下工作；內(nèi)有電壓調(diào)節(jié)器；所需外圍器件很少；設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。具備以上功能的射頻收發(fā)芯片nRF24E1即可作為參數(shù)采集硬件系統(tǒng)的主要芯片。
3.3 胸帶的研究
由于是面向智能胸帶的參數(shù)采集系統(tǒng)，所以對(duì)于胸帶的材料和款式進(jìn)行相應(yīng)的研究可以使此系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)避免因胸帶的原因而無(wú)法正常運(yùn)行，對(duì)于醫(yī)用或者運(yùn)動(dòng)專(zhuān)用等功能的智能胸帶，在胸帶的款式及材料的設(shè)計(jì)上需要更加簡(jiǎn)潔，尤其在款式上進(jìn)行研究使其具備易穿戴的、不同于傳統(tǒng)胸帶的功能，并且使款式、材料及軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行很好的結(jié)合，使之成為一體最終達(dá)到人機(jī)合一的狀態(tài)。
3.4參數(shù)采集及無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)募夹g(shù)實(shí)現(xiàn)
根據(jù)針對(duì)單片機(jī)程序開(kāi)發(fā)的各個(gè)軟件的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)主要器件的各引腳說(shuō)明，進(jìn)行程序編寫(xiě)以控制端口，實(shí)現(xiàn)通過(guò)傳感器的人體參數(shù)采集(采用μVision 2編譯器)。然后，根據(jù)編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸，并且由顯示器顯示。
射頻連接必須能夠保證雙向都為64 Kb／s數(shù)據(jù)速率，并且要求這個(gè)連接是全雙工的，即兩個(gè)收發(fā)器能同時(shí)工作。由于ShockBurst特性，所有與協(xié)議相關(guān)的操作都由硬件來(lái)處理。雖然nRF24E1使用的是低速的8051微控制器，但無(wú)線(xiàn)傳輸速度可達(dá)到1 Mb／s。在初始化配置后，nRF24E1就可對(duì)射頻收發(fā)器進(jìn)行控制。主從收發(fā)器在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送之前必須先同步化，RF使用的數(shù)據(jù)包可定為248 b(8 b引導(dǎo)信號(hào)+16 b CRC+32 b地址+24 B有用數(shù)據(jù))，因此，每個(gè)數(shù)據(jù)包含有24個(gè)采樣信號(hào)。為了達(dá)到實(shí)時(shí)要求，必須3 ms發(fā)送一次。
射頻天線(xiàn)設(shè)計(jì)為：將天線(xiàn)布在板厚1.6 mm，材質(zhì)FR4的印制板上，采用1／4波長(zhǎng)單極天線(xiàn)。FR4板材在2.4 GHz時(shí)電介質(zhì)常數(shù)為4.4，單極天線(xiàn)的寬度W=1.5 mm，在這些參數(shù)給定的情況下，計(jì)算單極天線(xiàn)周?chē)镔|(zhì)的電介常數(shù)為3.16，從而可算出此條件下波長(zhǎng)為6.89 cm，1／4波長(zhǎng)即為1.72 cm。但將天線(xiàn)布在印制板上，為了使其在2.4 GHz更容易諧振，需將長(zhǎng)度再加長(zhǎng)5 mm。最后，其天線(xiàn)在印制板上形狀就像一線(xiàn)長(zhǎng)22 mm，線(xiàn)寬1.5 mm的導(dǎo)線(xiàn)。
3.5系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)
運(yùn)用可視化語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，建立人機(jī)交互界面。其中可視化環(huán)境具備接口技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與硬件系統(tǒng)的串行通信，而且可以與數(shù)據(jù)庫(kù)相連實(shí)現(xiàn)采集到的數(shù)據(jù)顯示、查詢(xún)、存儲(chǔ)及更新等功能。如圖1，圖2所示。
4 結(jié)語(yǔ)
由采集系統(tǒng)所得到的數(shù)據(jù)，在人們?nèi)粘Ｉ钪心芷鸬捷o助作用，可以幫助醫(yī)護(hù)人員更好地掌握病人的身體狀況，也可用于幫助教練或保健師指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員制定合理訓(xùn)練計(jì)劃，避免運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練不合理；還可以幫助服裝設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合人體一些生理因素，更人性化、科學(xué)的設(shè)計(jì)服裝款式、選擇更適合人體的服裝材料。
21世紀(jì)是全球信息化的時(shí)代，可穿著的電子智能服裝無(wú)疑將代表未來(lái)功能性服裝發(fā)展的潮流。目前，我國(guó)在智能服裝的研究方面還剛剛起步，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在著差距，我們只有不斷開(kāi)發(fā)新的功能性服裝產(chǎn)品，才能在世界智能服裝領(lǐng)域占有一席之地。
評(píng)論