CN205121878U - 体域网环境下的超声波通信装置 - Google Patents

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杨永健
王帆
刘文彬
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Abstract

本实用新型公开了一种体域网环境下的超声波通信装置，包括发送端和接收端两个部分，其中发送端和接收端之间以超声波作为传输媒介进行点对点通信；发送端和接收端均包括电源、微处理器、通信模块和超声波换能器，微处理器与通信模块相连接，通信模块与超声波换能器相连接，电源为微处理器、通信模块和超声波换能器提供电力。发送端上设有采集传感器。电源为高性能锂电池并设有充电接口。有益效果：在强磁环境中超声波非常适合应用于体域网短距离通信。构造了一个开放性、标准化、模块化的通信平台，以便于今后的模块复制与软件升级。真正实现了近距离、低功耗、高可靠和生物安全的体域网信息通信。

Description

体域网环境下的超声波通信装置
技术领域
本实用新型涉及一种超声波通信装置，特别涉及一种体域网环境下的超声波通信装置。
背景技术
目前，面向医疗健康的体域网技术多数利用传感器设备来采集心电、体温、血压、血糖等重要生物体征信息，并对所采集的数据进行分析与融合，从而形成集健康预警、远程医疗、后续诊断等多方位的医疗信息化网络。面对体域网技术在国家“新医改”中的重要作用和庞大的市场需求，起着核心作用的体域网无线通信技术无疑成为了下一代移动通信技术研究的热点方向之一。
传统的体域网主要依靠无线电波作为通信媒介进行数据传输，但是由于无线电波会产生电磁辐射，所造成的电磁污染势必会危害人体健康，这与体域网应用于医疗健康的初衷是背道而驰的。此外，复杂环境下多种无线通信技术的互相干扰会导致信号衰减严重，甚至无法正常通信，极大地影响了数据通信的可靠性。而且，医疗环境中对于电磁辐射和无线电信号功率有着比较严格的要求，这也制约了无线电通信在体域网中的应用。
因此，在体域网环境下寻找其他传输媒介替代无线电波意义重大，是急需解决的体域网无线通信技术之一。
发明内容
本实用新型的目的是在于提供一种应用于体表到体表场景下的体域网环境下的超声波通信装置。
本实用新型提供的体域网环境下的超声波通信装置包括发送端和接收端两个部分，其中发送端和接收端之间以超声波作为传输媒介进行点对点通信；发送端和接收端均包括电源、微处理器、通信模块和超声波换能器，微处理器与通信模块相连接，通信模块与超声波换能器相连接，电源为微处理器、通信模块和超声波换能器提供电力。
发送端上设有采集传感器。
电源为高性能锂电池并设有充电接口。
微处理器采用低功耗可编程控制器，通过I/O口与通信模块连接并交互指令。
通信模块为信号处理电路，分为发送端信号处理电路和接收端信号处理电路，其中发送端电路包括两级放大电路、带通滤波电路，接收端电路包括检波电路和信号整形电路，通信模块还连接有LED指示灯，LED指示灯上设有电源指示灯、发送指示灯和接收指示灯。
超声波换能器为低功耗圆柱体压电陶瓷传感器，工作频率40kHZ,分为发射探头和接收探头两种。
本实用新型的工作原理：
本实用新型提供的超声波通信装置主要由一块印刷电路板与两个超声波探头组成，整体封装于10cm*5cm*3cm的长方体结构中。印刷电路板装载电源、微处理器、信号处理电路、LED指示灯，超声波探头焊接于电路板一侧。整个发明装置可通过腕带或者固定夹安装于体表，配合采集传感器使用。
在工作过程中，采集传感器不断感知体征数据并通过微处理器判断数据内容。当产生需要发送的数据时，发送端唤醒微处理器，通过程序控制实现信号的调制，然后由通信模块对产生的信号进行处理，最后通过超声波换能器将电磁波信号转换为超声波信号向接收端进行发送；当信号到达接收端时，超声波换能器将超声波信号转换为电磁波信号，然后由通信模块对接收到的信号进行处理，最后通过微处理器对接收信号进行解调与存储。
在理想状态下，体域网需要多个节点共同合作来构成所需的通信网络。但是由于超声波是机械波，通信范围受制于角度与距离等因素，不能完全满足人体通信的多种传输需求。因此，通过平台扩展功能选取中继通信模式，以三个节点进行通信为例，每个节点的硬件结构完全相同。通信前1号节点和3号节点下载通信程序，2号节点下载中继程序。如图3所示，当1号节点收到信号源数据时将数据封包(DAT)发送给3号节点并启动定时器(定时器时间约6秒)，若定时器在超时前收到3号节点的应答(ACK)，则表明通信成功；若定时器超时且没有收到ACK则表明直接通信失败，进而启用中继通信模式；在此模式下，1号节点发送数据包中继请求(DAT_REL)，2号节点收到DAT_REL后转发给3号节点，最后3号节点在收到DAT_REL后发送中继响应(ACK_REL)，ACK_REL通过中继节点转发到1号节点，由此完成整个中继通信过程。
本实用新型采用超声波替代无线电波作为传输媒介应用于体域网，充分体现了体域网技术在医疗健康领域的应用价值和市场推广价值。同时利用软件无线电思想，构造了一个开放性、标准化、模块化的通信平台，真正实现了近距离、低功耗、高可靠和生物安全的体域网信息通信。
本实用新型的有益效果：
(1)本实用新型采用超声波替代无线电波作为传输媒介应用于体域网，避免了电磁辐射对人体健康造成的潜在隐患，且低频超声波有益于人体健康，充分体现了体域网技术在医疗健康领域的应用价值和市场推广价值。此外，由于超声波不占用无线信道带宽、不受电磁干扰，极大地提高了复杂环境下数据通信的可靠性，因此在强磁环境中超声波非常适合应用于体域网短距离通信。
(2)本实用新型利用软件无线电思想，打破了硬件约束的壁垒，使超声波发送与接收模块实现了硬件统一，选用不同软件模块即可实现不同通信功能。构造了一个开放性、标准化、模块化的通信平台，以便于今后的模块复制与软件升级。
(3)本实用新型在数据链路层加入了动态重传协议以提高通信可靠性，并且支持网络层多点传输的应用扩展与协议开发，真正实现了近距离、低功耗、高可靠和生物安全的体域网信息通信。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型所述的超声波通信装置的工作过程示意图。
图3为本实用新型所述的超声波通信装置的中继模式原理框图。
1、发送端2、接收端3、电源4、微处理器5、通信模块
6、超声波换能器7、采集传感器8、LED指示灯。
具体实施方式
请参阅图1、图2和图3所示：
本实用新型提供的体域网环境下的超声波通信装置包括发送端1和接收端2两个部分，其中发送端1和接收端2之间以超声波作为传输媒介进行点对点通信；发送端1和接收端2块均包括电源3、微处理器4、通信模块5和超声波换能器6，微处理器4与通信模块5相连接，通信模块5与超声波换能器6相连接，电源3为微处理器4、通信模块5和超声波换能器6提供电力。
发送端1上设有采集传感器7。
电源3为高性能锂电池并设有充电接口。
微处理器4采用低功耗可编程控制器，通过I/O口与通信模块5连接并交互指令。
通信模块5为信号处理电路，分为发送端信号处理电路及接收端信号处理电路，其中发送端电路包括两级放大电路、带通滤波电路，接收端电路包括检波电路和信号整形电路，通信模块5还连接有LED指示灯8，LED指示灯8上设有电源指示灯、发送指示灯和接收指示灯。
超声波换能器6为低功耗圆柱体压电陶瓷传感器，工作频率40kHZ,分为发射探头和接收探头两种。
本实用新型的工作原理：
本实用新型提供的超声波通信装置主要由一块印刷电路板与两个超声波探头组成，整体封装于10cm*5cm*3cm的长方体结构中。印刷电路板装载电源3、微处理器4、信号处理电路、LED指示灯8，超声波探头焊接于电路板一侧。整个发明装置可通过腕带或者固定夹安装于体表，配合采集传感器7使用。
在工作过程中，采集传感器7不断感知体征数据并通过微处理器4判断数据内容。当产生需要发送的数据时，发送端1唤醒微处理器4，通过程序控制实现信号的调制，然后由通信模块5对产生的信号进行处理，最后通过超声波换能器6将电磁波信号转换为超声波信号向接收端2进行发送；当信号到达接收端2时，超声波换能器6将超声波信号转换为电磁波信号，然后由通信模块5对接收到的信号进行处理，最后通过微处理器4对接收信号进行解调与存储。
在理想状态下，体域网需要多个节点共同合作来构成所需的通信网络。但是由于超声波是机械波，通信范围受制于角度与距离等因素，不能完全满足人体通信的多种传输需求。因此，通过平台扩展功能选取中继通信模式，以三个节点进行通信为例，每个节点的硬件结构完全相同。通信前1号节点和3号节点下载通信程序，2号节点下载中继程序。如图3所示，当1号节点收到信号源数据时将数据封包(DAT)发送给3号节点并启动定时器(定时器时间约6秒)，若定时器在超时前收到3号节点的应答(ACK)，则表明通信成功；若定时器超时且没有收到ACK则表明直接通信失败，进而启用中继通信模式；在此模式下，1号节点发送数据包中继请求(DAT_REL)，2号节点收到DAT_REL后转发给3号节点，最后3号节点在收到DAT_REL后发送中继响应(ACK_REL)，ACK_REL通过中继节点转发到1号节点，由此完成整个中继通信过程。
本实用新型采用超声波替代无线电波作为传输媒介应用于体域网，充分体现了体域网技术在医疗健康领域的应用价值和市场推广价值。同时利用软件无线电思想，构造了一个开放性、标准化、模块化的通信平台，真正实现了近距离、低功耗、高可靠和生物安全的体域网信息通信。

Claims (6)

1.一种体域网环境下的超声波通信装置，其特征在于：包括发送端和接收端两个部分，其中发送端和接收端之间以超声波作为传输媒介进行点对点通信；发送端和接收端均包括电源、微处理器、通信模块和超声波换能器，微处理器与通信模块相连接，通信模块与超声波换能器相连接，电源为微处理器、通信模块和超声波换能器提供电力。
2.根据权利要求1所述的体域网环境下的超声波通信装置，其特征在于：所述的发送端上设有采集传感器。
3.根据权利要求1所述的体域网环境下的超声波通信装置，其特征在于：所述的电源为高性能锂电池并设有充电接口。
4.根据权利要求1所述的体域网环境下的超声波通信装置，其特征在于：所述的微处理器采用低功耗可编程控制器，通过I/O口与通信模块连接并交互指令。
5.根据权利要求1所述的体域网环境下的超声波通信装置，其特征在于：所述的通信模块为信号处理电路，分为发送端信号处理电路及接收端信号处理电路，其中发送端电路包括两级放大电路、带通滤波电路，接收端电路包括检波电路和信号整形电路，通信模块还连接有LED指示灯，LED指示灯上设有电源指示灯、发送指示灯和接收指示灯。
6.根据权利要求1所述的体域网环境下的超声波通信装置，其特征在于：所述的超声波换能器为低功耗圆柱体压电陶瓷传感器，工作频率40kHZ,分为发射探头和接收探头两种。
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CN110377073A (zh) * 2019-07-17 2019-10-25 珠海格力电器股份有限公司 温控器控制系统
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