CN103997376B - 用于人体通信的数据通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于人体通信的数据通信系统及方法，所述系统包括依次相连的微控制器、基带处理器、射频收发器及电极，所述电极耦合至人体上，所述微控制器发送或接收数据帧，所述基带处理器用于接收数据帧、生成数据包并传输或接收数据包并解码、存储，所述射频收发器用于接收或发送数据包，所述数据包包括开始帧、数据帧、校验帧。本发明提高了人体通信数据传输的速度，增强了人体通信数据传输的稳定性。

Description

用于人体通信的数据通信系统及方法

技术领域

本发明涉及人体通信技术领域，尤其涉及一种用于人体通信的数据通信系统及方法。

背景技术

人体通信是近年来兴起的一门新兴通信技术，主要用以解决人体互联局域网的通信问题。人体通信利用人体作为电信号的传输介质，实现体表、体内及周围医疗保健设备的信息交互。与传统的无线通信技术相比，由于人体通信过程中信号经过人体传输，因而电磁噪声对其影响很小，具有低功耗、高保密性以及更低的人体损害等优点，而且不存在多人通信时效率降低的问题。作为一种新兴的通信技术，人体通信技术必将有很好的发展前景。

然而人体通信作为近年来兴起的一门新兴通信技术，目前业内还没有公开的应用于人体通信的数据通信方法。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种用于人体通信的数据通信系统及方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于人体通信的数据通信系统及方法，其人体通信数据传输速度快且稳定。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种用于人体通信的数据通信系统，所述系统包括依次相连的微控制器、基带处理器、射频收发器及电极，所述电极耦合至人体上，所述微控制器发送或接收数据帧，所述基带处理器用于接收数据帧、生成数据包并传输或接收数据包并解码、存储，所述射频收发器用于接收或发送数据包，所述数据包包括开始帧、数据帧、校验帧。

作为本发明的进一步改进，所述开始帧为1字节连续高电平‘1’组成，用于表示数据包传输的开始。

作为本发明的进一步改进，所述数据帧包括3个部分：

1字节的帧长度，用于表示数据帧的长度；

1字节的命令/响应，用于表示传输的具体命令/响应；

待传输信息，用于表示命令/响应对应要传输的信息内容，所述待传输信息的长度根据命令/响应类型不同而变化。

作为本发明的进一步改进，所述校验帧为2字节的CRC16校验帧，用于进行数据包传输的校验以判断数据包传输是否正确。

作为本发明的进一步改进，所述数据帧和/或校验帧为采用曼彻斯特编码，数据帧和/或校验帧最多有2个连续高电平‘1’。

作为本发明的进一步改进，所述曼彻斯特编码包括两种编码：

1)、当0跳变到1为0，当1跳变到0为1；

2)、当0跳变到1为1，当1跳变到0为0。

相应地，一种用于人体通信的数据通信方法，所述方法包括：

S11、微控制器将数据帧发送给基带处理器；

S12、基带处理器接收到微控制器发送的数据帧后，按照数据传输格式添加开始帧和校验帧，并对数据帧和校验帧进行曼彻斯特编码后将数据包输出至射频收发器；

S13、数据包经过射频收发器调制后通过电极耦合到人体上进行传输。

相应地，一种用于人体通信的数据通信方法，所述方法包括：

S21、在人体上传输的数据包通过电极耦合输入到射频收发器，射频收发器对数据包进行滤波放大及解调，然后输出给基带处理器；

S22、基带处理器对射频收发器输出的数据包进行采样，当成功检测到开始帧时，接收数据帧和校验帧，进行曼彻斯特解码并存储到基带处理器内部的存储器中，当成功接收完数据包后，通知微控制器读取数据；

S23、微控制器读取基带处理器接收到的数据并进行校验，若校验错误，则发送响应信号通知校验错误，并且丢弃所读取的数据包，发送方的微控制器接收到错误响应信号之后，重新发送该数据包；若校验正确，则发送响应信号通知校验正确，并且对所读取的数据包进行相关处理操作，发送方的微控制器接收到正确响应之后，继续发送新的数据包。

本发明具有以下有益效果：

本发明设定了数据包中数据帧的格式，添加了开始帧和校验帧，同时对数据帧和校验帧采用曼彻斯特编码，提高了人体通信数据传输的速度，增强了人体通信数据传输的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中数据通信系统的结构示意图。

图2为本发明一具体实施方式中数据包的格式示意图。

图3为本发明一具体实施例中数据包的格式示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参图1所示，本发明公开了一种用于人体通信的数据通信系统，包括依次相连的微控制器10、基带处理器20、射频收发器30及电极40，电极40耦合至人体上，微控制器10即单芯片微型计算机，用于发送或接收数据帧；基带处理器20可以为FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)等，用于接收数据帧、生成数据包并传输或接收数据包并解码、存储；射频收发器30用于接收或发送数据包。

本发明中数据包包括开始帧、数据帧、校验帧。参图2所示为本发明一具体实施方式中数据包的格式示意图，其包括：

开始帧，开始帧为1字节连续高电平‘1’组成，用于表示数据包传输的开始；

数据帧，数据帧包括3个部分：

1字节的帧长度，用于表示数据帧的长度；

1字节的命令/响应，用于表示传输的具体命令/响应；

待传输信息，用于表示命令/响应对应要传输的信息内容，在不同实施例中待传输信息的长度根据命令/响应类型不同而变化。

校验帧，校验帧为2字节的CRC16校验帧，用于进行数据包传输的校验以判断数据包传输是否正确。

优选地，在本实施方式中，数据帧和校验帧为采用曼彻斯特编码，即数据帧和校验帧最多有2个连续高电平‘1’，而开始帧则没有采用曼彻斯特编码。在不传输数据时，数据包为低电平‘0’，所以开始帧采用连续1字节高电平‘1’以确保开始帧的唯一性，不会与其它帧相同。

曼彻斯特编码(Manchester Encoding)，也叫做相位编码(Phase Encode，简写PE)，是一个同步时钟编码技术，被物理层使用来编码一个同步位流的时钟和数据。它在以太网媒介系统中的应用属于数据通信中的两种位同步方法里的自同步法，即接收方利用包含有同步信号的特殊编码从信号自身提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率，达到同步目的。

在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从低到高跳变表示“0”，从高到低跳变表示“1”。还有一种是差分曼彻斯特编码，每位中间的跳变仅提供时钟定时，而用每位开始时有无跳变表示“0”或“1”，有跳变为“0”，无跳变为“1”。

本发明中的曼彻斯特编码包括两种编码：

1)、当0跳变到1为0，当1跳变到0为1；

2)、当0跳变到1为1，当1跳变到0为0。

本发明中用于人体通信的数据通信方法在发送时包括以下步骤：

S11、微控制器将数据帧发送给基带处理器；

S12、基带处理器接收到微控制器发送的数据帧后，按照数据传输格式添加1字节连续高电平‘1’开始帧，并在数据帧后面添加2字节CRC16校验帧，最后对数据帧和CRC16校验帧进行曼彻斯特编码后输出至射频收发器；

S13、数据包经过射频收发器调制后通过电极耦合到人体上进行传输。

本发明中用于人体通信的数据通信方法在接收时包括以下步骤：

S21、在人体上传输的数据包通过电极耦合输入到射频收发器，射频收发器对数据包进行滤波放大及解调，然后输出给基带处理器；

S22、基带处理器对射频收发器输出的数据包进行采样，当成功检测到连续1字节高电平‘1’时说明成功检测到开始帧，进入接收数据帧和CRC16校验帧，进行曼彻斯特解码并存储到基带处理器内部的存储器中，当成功接收完数据包后，通知微控制器读取数据；

S23、微控制器读取基带处理器接收到的数据并进行CRC16校验，若CRC16校验错误，则发送响应信号通知CRC16校验错误，并且丢弃所读取的数据包，发送方的微控制器接收到该错误响应信号之后，需要重新发送该数据包；若CRC16校验正确，则发送响应信号通知CRC16校验正确，并且对所读取的数据包进行相关处理操作，发送方的微控制器接收到正确响应之后，可以继续发送新的数据包。

为了更方便地解释上述方法步骤，下面结合具体实施例进行说明。

假设帧长度为6字节(0000_0110)，命令为0000_0001，待传输信息为0000_0010，0000_0100，0000_1000，0001_0000。数据包发送具体包括：

1、微控制器按照数据帧格式将帧长度0000_0110，命令0000_0001，待传输信息0000_0010，0000_0100，0000_1000，0001_0000发送给基带处理器；

2、基带处理器成功接收到帧长度0000_0110，命令0000_0001，待传输信息0000_0010，0000_0100，0000_1000，0001_0000后，首先添加开始帧1111_1111，然后计算并添加CRC16校验帧1111_0111_0110_1001，然后对数据帧和CRC16校验帧进行曼彻斯特编码(本实施例中假设0跳变到1为1，1跳变到0为0)后数据帧为：10101010_10010110，10101010_10101001，10101010_10100110，10101010_10011010，10101010_01101010，10101001_10101010，CRC16校验帧为：01010101_10010101_10010110_01101001，最后数据包传输格式参图3所示，图3中每个数字代表半比特。

同样地，数据包接收时的数据包格式也与图3相同，在此不再进行赘述。

由以上实施方式可以看出，本发明设定了数据包中数据帧的格式，添加了开始帧和校验帧，同时对数据帧和校验帧采用曼彻斯特编码，提高了人体通信数据传输的速度，增强了人体通信数据传输的稳定性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种用于人体通信的数据通信系统，其特征在于，所述系统包括依次相连的微控制器、基带处理器、射频收发器及电极，所述电极耦合至人体上，所述微控制器发送或接收数据帧，所述基带处理器用于接收数据帧、生成数据包并传输或接收数据包并解码、存储，所述射频收发器用于接收或发送数据包，所述数据包包括开始帧、数据帧、校验帧，所述开始帧为1字节连续高电平‘1’组成，用于表示数据包传输的开始，所述数据帧和/或校验帧为采用曼彻斯特编码，数据帧和/或校验帧最多有2个连续高电平‘1’；

所述基带处理器还用于对所述微控制器发送的数据帧按照数据传输格式添加开始帧，在所述数据帧后面添加校验帧，并对所述数据帧和所述校验帧进行曼彻斯特编码后输出至射频收发器；

所述基带处理器还用于对所述射频收发器输出的数据包进行采样，当所述基带处理器成功检测到所述开始帧时，对所述数据帧和/或校验帧进行曼彻斯特解码并存储到所述基带处理器内部的存储器中，当所述基带处理器成功接收完数据包后，通知微控制器读取数据。

2.根据权利要求1所述的数据通信系统，其特征在于，所述数据帧包括3个部分：

1字节的帧长度，用于表示数据帧的长度；

1字节的命令/响应，用于表示传输的具体命令/响应；

待传输信息，用于表示命令/响应对应要传输的信息内容，所述待传输信息的长度根据命令/响应类型不同而变化。

3.根据权利要求1所述的数据通信系统，其特征在于，所述校验帧为2字节的CRC16校验帧，用于进行数据包传输的校验以判断数据包传输是否正确。

4.根据权利要求1所述的数据通信系统，其特征在于，所述曼彻斯特编码包括两种编码：

1)、当0跳变到1为0，当1跳变到0为1；

2)、当0跳变到1为1，当1跳变到0为0。

5.一种如权利要求1～4中任一项所述的用于人体通信的数据通信系统的数据通信方法，其特征在于，所述方法包括：

S11、微控制器将数据帧发送给基带处理器；

S12、基带处理器接收到微控制器发送的数据帧后，按照数据传输格式添加开始帧和校验帧，并对数据帧和校验帧进行曼彻斯特编码后将数据包输出至射频收发器；

S13、数据包经过射频收发器调制后通过电极耦合到人体上进行传输。

6.一种如权利要求1～4中任一项所述的用于人体通信的数据通信系统的数据通信方法，其特征在于，所述方法包括：

S21、在人体上传输的数据包通过电极耦合输入到射频收发器，射频收发器对数据包进行滤波放大及解调，然后输出给基带处理器；

S22、基带处理器对射频收发器输出的数据包进行采样，当成功检测到开始帧时，接收数据帧和校验帧，进行曼彻斯特解码并存储到基带处理器内部的存储器中，当成功接收完数据包后，通知微控制器读取数据；

S23、微控制器读取基带处理器接收到的数据并进行校验，若校验错误，则发送响应信号通知校验错误，并且丢弃所读取的数据包，发送方的微控制器接收到错误响应信号之后，重新发送该数据包；若校验正确，则发送响应信号通知校验正确，并且对所读取的数据包进行相关处理操作，发送方的微控制器接收到正确响应之后，继续发送新的数据包。