基于DSP芯片TMS320的雷達式生命探測儀

　　2.3 A/D轉換電路

　　A/D轉換采用高分辨率的模數轉換芯片AD7707，由于其外部模擬輸入信號的電壓范圍為±5 V，所以選擇高電壓模擬輸入通道AIN3作為模擬信號輸入端。AD7707的時(shí)鐘信號由外圍有源時(shí)鐘芯片提供，數字信號輸入端DIN直接與DSP串行數據輸出端DX相連。其數字信號輸出端DOUT直接與DSP的串行數據輸入端BDR相連。串行時(shí)鐘信號SCLK直接與DSP的串行口發(fā)送時(shí)鐘信號、串行口接收時(shí)鐘信號CLKX相連，如圖3所示。

　　3 系統軟件設計

　　3.1 系統軟件流程圖

　　該系統軟件的設計參考雷達波生命參數檢測系統軟件設計要求，利用TI的綜合開(kāi)發(fā)調試軟件CCS完成軟件的編寫(xiě)調試。軟件主要完成非接觸生命信號的采集、分析和處理，最后傳送至液晶顯示器進(jìn)行顯示。軟件的流程如圖4所示，軟件一開(kāi)始首先屏蔽所有可屏蔽中斷，然后對DSP進(jìn)行初始化，包括狀態(tài)寄存器、矢量表以及MeBSP串行口的初始化，并對AD7707進(jìn)行初始化。然后打開(kāi)中斷，等待外部中斷。在中斷服務(wù)程序中讀取經(jīng)過(guò)數模轉換后的數據，并對數據進(jìn)行處理、發(fā)送HPI中斷，讓外部MCU通過(guò)HPI接口讀取數據，顯示輸出。

　　3.2 初始化

　　初始化是設定系統工作狀態(tài)的重要步驟，只有正確進(jìn)行初始化，才能保證芯片的正確運行。系統初始化包括DSP的McBSP初始化和AD7707的初始化兩個(gè)部分。

　　DSP上電復位以后各寄存器都處于一個(gè)預先確定的數值狀態(tài)。上電時(shí)刻，系統上電復位，寄存器復位到初試值。McBSP通過(guò)3個(gè)16位寄存器SPCRl(串行口接收控制寄存器1)、SPCR2(串行口接收控制寄存器2)、PCR(引腳控制寄存器)來(lái)配置。接收和發(fā)送操作的各種參數通過(guò)接收和發(fā)送控制寄存器RCRl(接收控制寄存器1)、RCR2(接收控制寄存器2)、XCRl(發(fā)送控制寄存器1)、XCR2(發(fā)送控制寄存器2)。

　　AD7707的初始化主要是完成各寄存器的初始化。包括設定輸入信號通道、信號采樣頻率、采樣增益、輸入時(shí)鐘源等。

　　3.3 數字信號處理流程

　　數字信號處理分為兩個(gè)大的模塊，一路經(jīng)小波變換后對信號做時(shí)域處理;另一路根據回波信號的特征，設計各種數字信號處理算法，并在軟件程序設置合適的門(mén)限值，根據門(mén)限軟件來(lái)完成人體有/無(wú)、動(dòng)/靜、數量等狀態(tài)信息的識別，并做頻域處理。

　　對于數字信號處理部分，先設計一低通濾波器去除高頻干擾信號(截止頻率要高于人體運動(dòng)的頻率，一般設置為50 Hz)，通過(guò)小波變換的小波分解提取出低頻通道的有用信號(呼吸、心跳信號)，而高頻通道分解出來(lái)的信號一般是系統噪聲，采用直接置零的方法將其去除，然后再進(jìn)行小波重構，恢復低頻通道分解的呼吸、心跳信號，并將其在界面上進(jìn)行實(shí)時(shí)的時(shí)域波形顯示，其時(shí)域處理流程如圖5所示。對于人體運動(dòng)的信號由于其頻率大約在15～35 Hz之間，信號經(jīng)過(guò)低通濾波器之后，直接對其進(jìn)行傅里葉變換，取模;對于人體的呼吸信號，它的頻率一般小于2 Hz，因此對信號使用小波變換處理后，采用較低的采樣頻率，然后進(jìn)行積累抽樣、FFT、取模;根據實(shí)驗，如果人體處于靜止狀態(tài)，其呼吸路與體動(dòng)路的信號能量比在1.5～20之間，如果處于運動(dòng)狀態(tài)，呼吸路與體動(dòng)路的信號能量比則在O.1～0.6之間，所以選擇γ=1作為判斷人體動(dòng)靜狀態(tài)的門(mén)限閾值，如果兩路信號的能量比值γ>1為靜止或無(wú)人狀態(tài)，γ1為運動(dòng)狀態(tài)，并實(shí)時(shí)顯示頻域;如果γ>1，則對信號進(jìn)行諧波頻率的估計。在X波段，人體呼吸和心跳的多普勒頻率大約在O.2～1 Hz范圍內，如果諧波頻率估計值f在O.2～1之間，為有人靜止狀態(tài)，反之為無(wú)人狀態(tài)，并實(shí)時(shí)顯示頻域;在判定為有人之后，進(jìn)一步用維格納分布和統計模式識別的方法對人體的數量進(jìn)行確定，實(shí)時(shí)顯示頻域和維格納分布。整個(gè)過(guò)程如圖6所示。

　　判斷處理后的結果直接被界面顯示軟件來(lái)調用，進(jìn)行單路數據的頻域或時(shí)域的實(shí)時(shí)顯示，并可以保存、打印數據。

　　4 結語(yǔ)

　　該系統采用TI公司最新推出的TMS320C6711B高性能的浮點(diǎn)DSP芯片和AD公司推出的AD770716位A/D轉換器設計得到的生命信號分析處理單元，構建集信號采集、信號處理、信號顯示輸出等功能的信號處理系統，完成了系統原理設計、外圍電路設計、信號處理算法設計、軟件系統設計等工作。結果證明設計原理切實(shí)可行，電路功能合理，軟件系統運行穩定，能夠完成大量復雜的算法，滿(mǎn)足生命信號探測系統智能化、實(shí)時(shí)化的要求，而且整個(gè)處理系統集成度高、體積小，達到了系統便攜化、小型化的設計目的。由于近年來(lái)雷達波生命探測系統應用環(huán)境的拓展和軍民領(lǐng)域需求的增加，本探測系統具有很好的應用前景。