一種基于電流耦合型人體通信的實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)及其通信方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電流耦合型人體通信的實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)及其通信方法，屬于人體通信領(lǐng)域，主要解決了現(xiàn)有的電容耦合型人體通信整個(gè)系統(tǒng)的適應(yīng)性、穩(wěn)定性低的問題。該實(shí)時(shí)醫(yī)療系統(tǒng)，包括電源模塊，分別與電源模塊連接的、同時(shí)安裝于人體上的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，該實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)的通信方法包括：將人體醫(yī)療信號(hào)通過發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)換成適合人體組織傳輸?shù)牟罘蛛娏餍盘?hào)，通過導(dǎo)線傳送給貼片電極；貼片電極將差分電流信號(hào)注入人體組織，采集人體組織中的電壓信號(hào)傳送給接收機(jī)；接收機(jī)檢測(cè)人體上兩個(gè)不同位置之間的電壓獲得醫(yī)療信號(hào)。本發(fā)明可以在不影響人的正常生理狀態(tài)下，安全、穩(wěn)定的利用人體作為媒質(zhì)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，非常適宜大規(guī)模推廣使用。
【專利說明】一種基于電流耦合型人體通信的實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)及其通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)療通信系統(tǒng)和通信方法，具體涉及一種基于電流耦合型人體通信的實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)及其通信方法，屬于人體通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]人體通信(Intra-body Communication, IBC)是一種新興的短距離“無線”通信方式，它的最大特點(diǎn)在于利用人體作為微弱電信號(hào)的傳輸煤質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)人體表面、內(nèi)部、周圍等一切可與人體接觸的電子裝置之間的數(shù)據(jù)傳輸和共享，相比常見的有線和無線連接技術(shù)，IBC不僅免去了冗繁的連線，同時(shí)兼具功耗小、輻射微弱、成本低廉、安全性好等特點(diǎn)?，F(xiàn)階段的人體通信技術(shù)可實(shí)現(xiàn)人體體表、體內(nèi)等一系列穿戴式/植入式醫(yī)療傳感器/儀器之間的信號(hào)交互與共享，從而構(gòu)建人體生理信號(hào)獲取、分析與處理的基本平臺(tái)一體域網(wǎng)，以期在減少設(shè)備成本、簡化操作步驟的同時(shí)提高監(jiān)護(hù)質(zhì)量，這種新型的健康監(jiān)護(hù)模式對(duì)于使用者而言，不僅有利于各傳感器的協(xié)同控制和參數(shù)融合，便于使用者對(duì)自身健康狀況做出初步、客觀、全面的評(píng)價(jià)，更能通過人體基站/服務(wù)器將檢測(cè)到的生理參數(shù)、評(píng)價(jià)結(jié)果由公共網(wǎng)絡(luò)(GSM、3G)發(fā)送至社區(qū)或醫(yī)院的服務(wù)平臺(tái)，供專業(yè)醫(yī)護(hù)人員做出最終診斷，尤其適用于需要實(shí)時(shí)、連續(xù)、長時(shí)間檢測(cè)各種人體生理特征參數(shù)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)場合，諸如慢性病、老年性疾病患者、殘疾人的監(jiān)護(hù)以及運(yùn)動(dòng)員、航天員的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。
[0003]現(xiàn)階段人體通信技術(shù)可分為電容耦合型和電流耦合性兩類，電容耦合型的整個(gè)系統(tǒng)由發(fā)送端、人體、接收端三部分組成，發(fā)送端和接收端分別有信號(hào)貼片電極和對(duì)地耦合貼片電極，信號(hào)貼片電極用來發(fā)送和檢測(cè)信號(hào)，該貼片電極可以與人體接觸，也可以在人體的皮膚附近；對(duì)地耦合貼片電極主要是用來產(chǎn)生信號(hào)的對(duì)地回路。這些都只能集中在人體表面進(jìn)行，通信也僅限于表面到表面的通信，無法深入組織內(nèi)部，這是由于在信號(hào)的傳輸過程中，發(fā)送端和接收端必須形成對(duì)地回路，因此這種方式不適合于植入式人體通信，并且由于人體傳輸過程中回路的不確定性，使得收發(fā)器設(shè)計(jì)難度較大，此外在通信過程中，對(duì)地耦合貼片電極的工作方式類似向外輻射雜散場，不確定因素太大，極易受到外界電磁干擾，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性降低。電流耦合性型人體通信與電容耦合型人體通信不同之處在于發(fā)送裝置與接收裝置的貼片電極直接與人體接觸，并且不需要與地面發(fā)生對(duì)地耦合，為設(shè)備的放置放寬了條件，并且功耗非常低(僅需要8uW)，因此它適用于植入式設(shè)備的通信技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于電流耦合型人體通信的實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)及其通信方法，主要解決了現(xiàn)有的電容耦合型人體通信因?qū)Φ鼗芈返囊蕾嚩斐烧麄€(gè)系統(tǒng)的適應(yīng)性、穩(wěn)定性下降的問題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下: 一種基于電流耦合型人體通信的實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)，包括電源模塊，分別與電源模塊連接的、同時(shí)安裝于人體上的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，用于連接人體和發(fā)射機(jī)的第一貼片電極、第二貼片電極，連接人體和接收機(jī)的第三貼片電極、第四貼片電極，所述發(fā)射機(jī)包括基于FPGA的調(diào)制模塊，與基于FPGA的調(diào)制模塊連接的DDS模塊，與DDS模塊相連并用于連接第一貼片電極和第二貼片電極的單端電壓轉(zhuǎn)換差分電流模塊，所述接收機(jī)包括通過第三貼片電極和第四貼片電極與人體組織連接的信號(hào)接收模塊，順次連接的模擬乘法器、移相器、鎖相環(huán)、基于FPGA的解調(diào)模塊，模擬乘法器與信號(hào)接收模塊相連。
[0006]具體地，所述基于FPGA的調(diào)制模塊包括用于與外接時(shí)鐘信號(hào)連接的分頻器，與分頻器連接的選擇器，分別與選擇器連接的差分相位編碼器和內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生模塊，分別與差分相位編碼器連接的驅(qū)動(dòng)器和用于連接人體醫(yī)療信號(hào)的串/并變換器，驅(qū)動(dòng)器與DDS模塊連接。所述基于FPGA的解調(diào)模塊包括順次連接的串/并變換器、抽樣判決器、并/串變換器，串/并變換器與鎖相環(huán)相連，并/串變換器與外部屏幕相連。
[0007]進(jìn)一步地，所述單端電壓轉(zhuǎn)換差分電流模塊包括順次連接的用于對(duì)輸入電壓調(diào)節(jié)的電壓調(diào)節(jié)電路、用于將單端電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分電壓信號(hào)的單端電壓轉(zhuǎn)差分電壓電路、用于將差分電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分電流信號(hào)的電壓轉(zhuǎn)電流電路，電壓調(diào)節(jié)電路與DDS模塊相連，電壓轉(zhuǎn)電流電路與第一貼片電極、第二貼片電極相連。
[0008]所述信號(hào)接收模塊包括順次連接的用于測(cè)量人體上兩個(gè)不同位置之間的電壓差的儀表放大器電路、用于抑制干擾信號(hào)的帶通濾波器電路、用于為后級(jí)信號(hào)處理提供足夠電壓的電壓調(diào)節(jié)電路，所述儀表放大器電路與第三貼片電極、第四貼片電極相連，電壓調(diào)節(jié)電路分別與基于FPGA的解調(diào)模塊和模擬乘法器相連。
[0009]再進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)器為AD9834，DDS模塊為基于AD9834的DDS模塊，模擬乘法器為MC1496，移相器為74LS123，鎖相環(huán)為CD4046。
[0010]一種基于電流耦合型人體通信的實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)的通信方法，包括以下步驟:
(1)將采集到的人體醫(yī)療信號(hào)通過發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)換成適合人體組織傳輸?shù)牟罘蛛娏餍盘?hào)，通過導(dǎo)線傳送給貼片電極；
(2)連接發(fā)射機(jī)的貼片電極將發(fā)射機(jī)送出的差分電流信號(hào)注入人體組織，連接接收機(jī)的貼片電極采集人體組織中的電壓信號(hào)傳送給接收機(jī)；
(3)接收機(jī)通過貼片電極檢測(cè)人體上兩個(gè)不同位置之間的電壓獲得醫(yī)療信號(hào)，并顯示在屏幕上。
[0011]具體地，所述步驟(I)中具體包括以下步驟:
(Ia)采集到的人體醫(yī)療信號(hào)通過串/并變換器將串行輸入的人體醫(yī)療信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，然后送入差分相位編碼器；
(Ib)外接時(shí)鐘信號(hào)通過分頻器進(jìn)入選擇器，同時(shí)內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)入選擇器，然后通過差分相位編碼器，將輸入差分相位編碼器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為用前一碼元兩個(gè)正交信號(hào)與當(dāng)前碼元兩個(gè)正交信號(hào)之間的關(guān)系表示的邏輯信號(hào)；
(Ic)差分相位編碼后的邏輯信號(hào)通過AD9834驅(qū)動(dòng)器后產(chǎn)生需要的信號(hào)，然后通過基于AD9834的DDS模塊接受FPGA的控制來產(chǎn)生QPSK調(diào)制信號(hào)；
(Id)最后通過單端電壓轉(zhuǎn)換差分電流模塊將QPSK調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合人體組織中傳輸?shù)腎mA的差分電流信號(hào)，通過第一貼片電極和第二貼片電極注入人體組織。[0012]進(jìn)一步地，所述步驟(3)中具體包括以下步驟:
(2a)通過第三貼片電極和第四貼片電極檢測(cè)人體上兩個(gè)不同位置之間的電壓獲得的醫(yī)療信號(hào)依次通過信號(hào)接收模塊、MC1496模擬乘法器、74LS123移相器、⑶4046鎖相環(huán)得到載波信號(hào)送入基于FPGA的解調(diào)模塊進(jìn)行解調(diào)；
(2b)由信號(hào)接收模塊發(fā)出的調(diào)制數(shù)字信號(hào)同時(shí)送入基于FPGA的解調(diào)模塊進(jìn)行解調(diào)。
[0013]再進(jìn)一步地，在基于FPGA的解調(diào)模塊中，包括以下步驟:
(Ii)通過串/并變換器將送入的載波信號(hào)和調(diào)制數(shù)字信號(hào)生成碼元，然后經(jīng)過抽樣判決器，同時(shí)輸入同步信號(hào)后獲得傳輸?shù)倪壿嬓盘?hào)；
(2i)再將判別出的邏輯信號(hào)通過并/串變換器，同時(shí)輸入同步信號(hào)后轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)輸出到屏幕中顯示出來。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
(1)本發(fā)明可以在不影響人的正常生理狀態(tài)下，安全，穩(wěn)定的利用人體作為媒質(zhì)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，具有連接方便、低功耗、不易受外界噪聲干擾、對(duì)外輻射較小等諸多優(yōu)點(diǎn)；
(2)本發(fā)明的發(fā)送裝置與接收裝置的貼片電極直接與人體接觸，不需要與地面發(fā)生對(duì)地耦合，為設(shè)備的放置放寬了條件，并且功耗非常低(僅需要8uW)，由于發(fā)送端與接收端直接與組織接觸，不需要與地面進(jìn)行對(duì)地耦合，因此適用于植入式設(shè)備的通信技術(shù)；
(3)本發(fā)明利用人體作為通信導(dǎo)線，它可以避免復(fù)雜的連接線，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，植入式醫(yī)療設(shè)備將會(huì)越來越微小，人體通信所需的植入式設(shè)備所占用的空間也就變得越來越小，給人體帶來的創(chuàng)傷也變得越來越小，因此具有非常大的科學(xué)和市場前景；
(4)本發(fā)明發(fā)射端貼片電極發(fā)出的電流流經(jīng)人體，直接與接收端貼片電極耦合，所以電流耦合抗電磁干擾能力很強(qiáng)，比電容耦合更加穩(wěn)定，從而有利于實(shí)現(xiàn)高速通信，因其所需載波頻率低，電壓和電流均很小，通信安全，非常適合大規(guī)模推廣使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)方框圖。
[0016]圖2為本發(fā)明人體上臂貼片電極詳細(xì)圖。
[0017]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例單端電壓轉(zhuǎn)換差分電流模塊電路原理圖。
[0018]圖4為本發(fā)明一實(shí)施例信號(hào)接收模塊電路原理圖。
[0019]圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的仿真結(jié)果圖。
[0020]圖6為本發(fā)明一實(shí)施例的實(shí)際測(cè)試結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例
[0022]如圖1一圖4所示，一種基于電流耦合型人體通信的實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)，其特征在于，包括電源模塊，分別與電源模塊連接的、同時(shí)安裝于人體上的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，用于連接人體和發(fā)射機(jī)的第一貼片電極、第二貼片電極，連接人體和接收機(jī)的第三貼片電極、第四貼片電極，所述發(fā)射機(jī)包括基于FPGA的調(diào)制模塊，與基于FPGA的調(diào)制模塊連接的DDS模塊，與DDS模塊相連并用于連接第一貼片電極和第二貼片電極的單端電壓轉(zhuǎn)換差分電流模塊，所述接收機(jī)包括通過第三貼片電極和第四貼片電極與人體組織連接的信號(hào)接收模塊，順次連接的模擬乘法器、移相器、鎖相環(huán)、基于FPGA的解調(diào)模塊，模擬乘法器與信號(hào)接收模塊相連。
[0023]所述基于FPGA的調(diào)制模塊包括用于與外接時(shí)鐘信號(hào)連接的分頻器，與分頻器連接的選擇器，分別與選擇器連接的差分相位編碼器和內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生模塊，分別與差分相位編碼器連接的驅(qū)動(dòng)器和用于連接人體醫(yī)療信號(hào)的串/并變換器，驅(qū)動(dòng)器與DDS模塊連接。所述基于FPGA的解調(diào)模塊包括順次連接的串/并變換器、抽樣判決器、并/串變換器，串/并變換器與鎖相環(huán)相連，并/串變換器與外部屏幕相連。
[0024]所述單端電壓轉(zhuǎn)換差分電流模塊包括順次連接的用于對(duì)輸入電壓調(diào)節(jié)的電壓調(diào)節(jié)電路、用于將單端電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分電壓信號(hào)的單端電壓轉(zhuǎn)差分電壓電路、用于將差分電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分電流信號(hào)的電壓轉(zhuǎn)電流電路，電壓調(diào)節(jié)電路與DDS模塊相連，電壓轉(zhuǎn)電流電路與第一貼片電極、第二貼片電極相連。所述電壓調(diào)節(jié)電路包括與DDS模塊連接的電阻Rl，與電阻Rl連接的滑動(dòng)電阻R2，滑動(dòng)電阻R2的滑動(dòng)端接地，連接于電阻Rl和滑動(dòng)電阻R2之間的運(yùn)算放大器Ul，所述單端電壓轉(zhuǎn)差分電壓電路包括與運(yùn)算放大器Ul輸出端連接的電阻R3，反相輸入端與電阻R3連接的運(yùn)算放大器U2，連接于運(yùn)算放大器U2反相輸入端和輸出端之間的電阻R4，與運(yùn)算放大器U2同相輸入端連接的電阻R5，電阻R5的另一端接地，串聯(lián)后與電阻R3并聯(lián)的電阻R6和電阻R7，電阻R7的另一端接地，連接于電阻R6和電阻R7之間的運(yùn)算放大器U3。
[0025]所述電壓轉(zhuǎn)電流電路包括同相輸入端與運(yùn)算放大器U2連接的運(yùn)算放大器U4，同相輸入端與運(yùn)算放大器U4輸出端連接的運(yùn)算放大器U8，與運(yùn)算放大器U8公共端連接的電容C21，電容C21的另一端與外部的第一貼片電極連接，同時(shí)與運(yùn)算放大器U4反相輸入端和運(yùn)算放大器U8反相輸入端連接的滑動(dòng)電阻R11，輸出端與滑動(dòng)電阻Rll滑動(dòng)端連接的運(yùn)算放大器U9，連接于運(yùn)算放大器U9反相輸入端和輸出端之間的電容C3，與運(yùn)算放大器U9反相輸入端連接的電阻R12，電阻R12的另一端接地，連接于運(yùn)算放大器U8輸出端和運(yùn)算放大器U9同相輸入端之間的電阻R13，與運(yùn)算放大器U9同相輸入端連接的電容C4，電容C4的另一端接地，同相輸入端與運(yùn)算放大器U3輸出端連接的運(yùn)算放大器U5，與運(yùn)算放大器U5輸出端連接的運(yùn)算放大器U6，與運(yùn)算放大器U6公共端連接的電容C31，電容C31的另一端與外部的第二貼片電極連接，同時(shí)與運(yùn)算放大器U5反相輸入端和運(yùn)算放大器U6反相輸入端連接的滑動(dòng)電阻R8，輸出端與滑動(dòng)電阻R8的滑動(dòng)端連接的運(yùn)算放大器U7，連接于運(yùn)算放大器U7反相輸入端和輸出端之間的電容Cl，與運(yùn)算放大器U7反相輸入端連接的電阻R9，連接于運(yùn)算放大器U6輸出端和運(yùn)算放大器U7同相輸入端之間的電阻R10，與運(yùn)算放大器U7同相輸入端連接的電容C2，電容C2的另一端接地。
[0026]所述信號(hào)接收模塊包括順次連接的用于測(cè)量人體上兩個(gè)不同位置之間的電壓差的儀表放大器電路、用于抑制干擾信號(hào)的帶通濾波器電路、用于為后級(jí)信號(hào)處理提供足夠電壓的電壓調(diào)節(jié)電路，所述儀表放大器電路與第三貼片電極、第四貼片電極相連，電壓調(diào)節(jié)電路分別與基于FPGA的解調(diào)模塊和模擬乘法器相連。所述儀表放大器電路包括與第三貼片電極連接的電容C5，同相輸入端與電容C5連接的運(yùn)算放大器UlO，并聯(lián)后連接于運(yùn)算放大器Uio反相輸入端和輸出端之間的電容C7和電阻R15，與運(yùn)算放大器UlO反相輸入端連接的電阻R14，順次連接的電容C9、電阻R17和電容Cl I，電容C9與運(yùn)算放大器UlO輸出端相連，并聯(lián)后與電容Cll并聯(lián)的電阻R20和運(yùn)算放大器U12，反相輸入端與電阻R14連接的運(yùn)算放大器Ul I，運(yùn)算放大器Ul I的同相輸入端通過電容C6與第四貼片電極連接，并聯(lián)后連接于運(yùn)算放大器Ull反相輸入端和輸出端之間的電容CS和電阻R16，順次連接于運(yùn)算放大器Ull輸出端和運(yùn)算放大器U12之間的電容ClO和電阻R18，并聯(lián)后與運(yùn)算放大器U12同相輸入端連接的電容C12和電阻R19，電容C12和電阻R19的另一端接地。
[0027]所述帶通濾波器電路包括順次連接的電容C13、電容C14、運(yùn)算放大器U13、電阻R23、電阻R24、運(yùn)算放大器U14，電容C13與運(yùn)算放大器U12輸出端相連，一端連接于電容C13和電容C14之間，另一端與運(yùn)算放大器U13反相輸入端連接的電阻R21，與運(yùn)算放大器U13同相輸入端連接的電阻R22，電阻R22的另一端接地，一端連接于電阻R23和電阻R24之間，另一端與運(yùn)算放大器U14反相輸入端連接的電容C15，與運(yùn)算放大器U14同相輸入端連接的電容C16，電容C16的另一端接地，所述電壓調(diào)節(jié)電路包括與運(yùn)算放大器U14輸出端連接的運(yùn)算放大器U15，連接于運(yùn)算放大器U15反相輸入端和輸出端之間的滑動(dòng)電阻R26，滑動(dòng)電阻R26的滑動(dòng)端與運(yùn)算放大器U15輸出端連接，與運(yùn)算放大器U15反相輸入端連接的電阻R25，電阻R25的另一端接地，運(yùn)算放大器U15的輸出端分別與解調(diào)模塊和模擬乘法器相連。
[0028]所述驅(qū)動(dòng)器為AD9834，DDS模塊為基于AD9834的DDS模塊，模擬乘法器為MC1496，移相器為74LS123，鎖相環(huán)為CD4046。
[0029]一種基于電流耦合型人體通信的實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)的通信方法，包括以下步驟:
(1)將采集到的人體醫(yī)療信號(hào)通過發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)換成適合人體組織傳輸?shù)牟罘蛛娏餍盘?hào)，通過導(dǎo)線傳送給貼片電極；
(2)連接發(fā)射機(jī)的貼片電極將發(fā)射機(jī)送出的差分電流信號(hào)注入人體組織，連接接收機(jī)的貼片電極采集人體組織中的電壓信號(hào)傳送給接收機(jī)；
(3)接收機(jī)通過貼片電極檢測(cè)人體上兩個(gè)不同位置之間的電壓獲得醫(yī)療信號(hào)，并顯示在屏幕上。
[0030]所述步驟(I)中具體包括以下步驟:
(Ia)采集到的人體醫(yī)療信號(hào)通過串/并變換器將串行輸入的人體醫(yī)療信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，然后送入差分相位編碼器；
(Ib)外接時(shí)鐘信號(hào)通過分頻器進(jìn)入選擇器，同時(shí)內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)入選擇器，然后通過差分相位編碼器，將輸入差分相位編碼器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為用前一碼元兩個(gè)正交信號(hào)與當(dāng)前碼元兩個(gè)正交信號(hào)之間的關(guān)系表示的邏輯信號(hào)；
(Ic)差分相位編碼后的邏輯信號(hào)通過AD9834驅(qū)動(dòng)器后產(chǎn)生需要的信號(hào)，然后通過基于AD9834的DDS模塊接受FPGA的控制來產(chǎn)生QPSK調(diào)制信號(hào)；
(Id)最后通過單端電壓轉(zhuǎn)換差分電流模塊將QPSK調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合人體組織中傳輸?shù)腎mA的差分電流信號(hào)，通過第一貼片電極和第二貼片電極注入人體組織。
[0031]單端電壓轉(zhuǎn)換差分電流模塊，其實(shí)現(xiàn)主要有三部分組成:電壓調(diào)節(jié)電路，通過調(diào)節(jié)R2實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電壓的調(diào)節(jié)，然后通過運(yùn)算放大器Ul構(gòu)成跟隨器輸出；單端電壓轉(zhuǎn)差分電壓電路，單端電壓信號(hào)送入后分兩路，一路由運(yùn)算放大器U3的正相輸入，一路由運(yùn)算放大器U2的反相輸入，最后在運(yùn)算放大器U2和運(yùn)算放大器U3的輸出端得到差分電壓信號(hào)；電壓轉(zhuǎn)電流電路，該電路選用電流反饋型運(yùn)算放大器U6和運(yùn)算放大器U8，作為主要元件。
[0032]所述步驟(3)中具體包括以下步驟:
(2a)通過第三貼片電極和第四貼片電極檢測(cè)人體上兩個(gè)不同位置之間的電壓獲得的醫(yī)療信號(hào)依次通過信號(hào)接收模塊、MC1496模擬乘法器、74LS123移相器、⑶4046鎖相環(huán)得到載波信號(hào)送入基于FPGA的解調(diào)模塊進(jìn)行解調(diào)；
(2b)由信號(hào)接收模塊發(fā)出的調(diào)制數(shù)字信號(hào)同時(shí)送入基于FPGA的解調(diào)模塊進(jìn)行解調(diào)。
[0033]信號(hào)接收模塊，該模塊的作用是處理貼片電極檢測(cè)到的信號(hào)，使得該信號(hào)可以被解調(diào)模塊很好的識(shí)別，其實(shí)現(xiàn)主要有三部分組成:儀表放大器電路，對(duì)兩電極之間的電壓做差同時(shí)將該信號(hào)放大，為后級(jí)處理提供增益；帶通濾波器電路，選IkHz-1MHz頻帶內(nèi)的信號(hào)作為下一級(jí)處理的信號(hào)；電壓調(diào)節(jié)電路，由于信號(hào)通過濾波器后有衰減，通過該模塊將被濾波器衰減后的信號(hào)調(diào)節(jié)到適合后級(jí)處理的電壓。
[0034]在基于FPGA的解調(diào)模塊中，包括以下步驟:
(Ii)通過串/并變換器將送入的載波信號(hào)和調(diào)制數(shù)字信號(hào)生成碼元，然后經(jīng)過抽樣判決器，同時(shí)輸入同步信號(hào)后獲得傳輸?shù)倪壿嬓盘?hào)；
(2i)再將判別出的邏輯信號(hào)通過并/串變換器，同時(shí)輸入同步信號(hào)后轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)輸出到屏幕中顯示出來。
[0035]通過使用Quartus ii9.0 與 Modelsim6.4a 連調(diào)，以及 MultisimlL O 仿真,得到如5所示結(jié)果，波形1，波形2分別是發(fā)射機(jī)貼片電極檢測(cè)波形，波形3則是由示波器內(nèi)部算法實(shí)現(xiàn)波形1-波形2后得到的波形，波形4是由接收機(jī)輸出的波形。
[0036]通過實(shí)際制作電路板，并實(shí)際測(cè)試人體通信的結(jié)果如圖6所示結(jié)果，波形2是發(fā)射機(jī)中從QPSK調(diào)制模塊輸入單端電壓轉(zhuǎn)差分電流模塊時(shí)的波形，波形I則是由接收機(jī)輸出的波形。
[0037]按照上述實(shí)施例，便可很好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種基于電流耦合型人體通信的實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)，其特征在于，包括電源模塊，分別與電源模塊連接的、同時(shí)安裝于人體上的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，用于連接人體和發(fā)射機(jī)的第一貼片電極、第二貼片電極，連接人體和接收機(jī)的第三貼片電極、第四貼片電極，所述發(fā)射機(jī)包括基于FPGA的調(diào)制模塊，與基于FPGA的調(diào)制模塊連接的DDS模塊，與DDS模塊相連并用于連接第一貼片電極和第二貼片電極的單端電壓轉(zhuǎn)換差分電流模塊，所述接收機(jī)包括通過第三貼片電極和第四貼片電極與人體組織連接的信號(hào)接收模塊，順次連接的模擬乘法器、移相器、鎖相環(huán)、基于FPGA的解調(diào)模塊，模擬乘法器與信號(hào)接收模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電流耦合型人體通信的實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)，其特征在于，所述基于FPGA的調(diào)制模塊包括用于與外接時(shí)鐘信號(hào)連接的分頻器，與分頻器連接的選擇器，分別與選擇器連接的差分相位編碼器和內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生模塊，分別與差分相位編碼器連接的驅(qū)動(dòng)器和用于連接人體醫(yī)療信號(hào)的串/并變換器，驅(qū)動(dòng)器與DDS模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于電流耦合型人體通信的實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)，其特征在于，所述基于FPGA的解調(diào)模塊包括順次連接的串/并變換器、抽樣判決器、并/串變換器，串/并變換器與鎖相環(huán)相連，并/串變換器與外部屏幕相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于電流耦合型人體通信的實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)，其特征在于，所述單端電壓轉(zhuǎn)換差分電流模塊包括順次連接的用于對(duì)輸入電壓調(diào)節(jié)的電壓調(diào)節(jié)電路、用于將單端電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分電壓信號(hào)的單端電壓轉(zhuǎn)差分電壓電路、用于將差分電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分電流信號(hào)的電壓轉(zhuǎn)電流電路，電壓調(diào)節(jié)電路與DDS模塊相連，電壓轉(zhuǎn)電流電路與第一貼片電極、第二貼片電極相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于電流耦合型人體通信的實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)接收模塊包括順次連接的用于測(cè)量人體上兩個(gè)不同位置之間的電壓差的儀表放大器電路、用于抑制干擾信號(hào)的帶通濾波器電路、用于為后級(jí)信號(hào)處理提供足夠電壓的電壓調(diào)節(jié)電路，所述儀表放大器電路與第三貼片電極、第四貼片電極相連，電壓調(diào)節(jié)電路分別與基于FPGA的解調(diào)模塊和模擬乘法器相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于電流耦合型人體通信的實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)器為AD9834，DDS模塊為基于AD9834的DDS模塊，模擬乘法器為MC1496，移相器為74LS123，鎖相環(huán)為CD4046。
7.根據(jù)權(quán)利要求f6任意一項(xiàng)所述的一種基于電流耦合型人體通信的實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)的通信方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將采集到的人體醫(yī)療信號(hào)通過發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)換成適合人體組織傳輸?shù)牟罘蛛娏餍盘?hào)，通過導(dǎo)線傳送給貼片電極； (2)連接發(fā)射機(jī)的貼片電極將發(fā)射機(jī)送出的差分電流信號(hào)注入人體組織，連接接收機(jī)的貼片電極采集人體組織中的電壓信號(hào)傳送給接收機(jī)； (3)接收機(jī)通過貼片電極檢測(cè)人體上兩個(gè)不同位置之間的電壓獲得醫(yī)療信號(hào)，并顯示在屏幕上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于電流耦合型人體通信的實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)的通信方法，其特征在于，所述步驟(1)中具體包括以下步驟: (Ia)采集到的人體醫(yī)療信號(hào)通過串/并變換器將串行輸入的人體醫(yī)療信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，然后送入差分相位編碼器；(Ib)外接時(shí)鐘信號(hào)通過分頻器進(jìn)入選擇器，同時(shí)內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)入選擇器，然后通過差分相位編碼器，將輸入差分相位編碼器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為用前一碼元兩個(gè)正交信號(hào)與當(dāng)前碼元兩個(gè)正交信號(hào)之間的關(guān)系表示的邏輯信號(hào)； (Ic)差分相位編碼后的邏輯信號(hào)通過AD9834驅(qū)動(dòng)器后產(chǎn)生需要的信號(hào)，然后通過基于AD9834的DDS模塊接受FPGA的控制來產(chǎn)生QPSK調(diào)制信號(hào)； (Id)最后通過單端電壓轉(zhuǎn)換差分電流模塊將QPSK調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合人體組織中傳輸?shù)腎mA的差分電流信號(hào)，通過第一貼片電極和第二貼片電極注入人體組織。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于電流耦合型人體通信的實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)的通信方法，其特征在于，所述步驟(3)中具體包括以下步驟: (2a)通過第三貼片電極和第四貼片電極檢測(cè)人體上兩個(gè)不同位置之間的電壓獲得的醫(yī)療信號(hào)依次通過信號(hào)接收模塊、MC1496模擬乘法器、74LS123移相器、⑶4046鎖相環(huán)得到載波信號(hào)送入基于FPGA的解調(diào)模塊進(jìn)行解調(diào)； (2b)由信號(hào)接收模塊發(fā)出的調(diào)制數(shù)字信號(hào)同時(shí)送入基于FPGA的解調(diào)模塊進(jìn)行解調(diào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于電流耦合型人體通信的實(shí)時(shí)醫(yī)療通信系統(tǒng)的通信方法，其特征在于，在基于FPGA的解調(diào)模塊中，包括以下步驟: (Ii)通過串/并變換器將送入的載波信號(hào)和調(diào)制數(shù)字信號(hào)生成碼元，然后經(jīng)過抽樣判決器，同時(shí)輸入同步信號(hào)后獲得傳輸?shù)倪壿嬓盘?hào)；` (2i)再將判別出的邏輯信號(hào)通過并/串變換器，同時(shí)輸入同步信號(hào)后轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)輸出到屏幕中顯示出來。
【文檔編號(hào)】A61B5/00GK103560837SQ201310586022
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】張雙, 劉益和, 秦雨萍, 柳建, 朱晉, 徐晶, 李建, 茍全登, 余永武 申請(qǐng)人:張雙