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一种水下体征传感无线收发系统

阅读：157发布：2023-03-12

专利汇可以提供一种水下体征传感无线收发系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种水下体征传感无线收发系统，包括水下体征无线发射模块和无线接收模块；所述水下体征无线发射模块包括依次连接的传感器模块、第一MCU、无线发射芯片、功率放大模块和发射天线；所述无线接收接收模块包括依次连接的接收天线、带通滤波器、低噪声放大器、无线接收芯片和第二MCU。水下体征传感无线发射模块利用无线发射电路将采集的生命体征和运动数据传输给岸上的接收模块，由MCU处理后通过通讯接口电路传递到计算机，提高了运算速度，功率放大模块使无线信号在水下可以进行远距离传输，岸上的接收模块可获得稳定可靠的信号。并通过优化电路结构和集成化的设计，缩小了设备尺寸，使其更加容易安装和携带。，下面是一种水下体征传感无线收发系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种水下体征传感无线收发系统，其特征在于，包括水下体征无线发射模块和无线接收模块；
所述水下体征无线发射模块包括依次连接的传感器模块、第一MCU、无线发射芯片、功率放大模块和发射天线，还包括为各模块供电的蓄电池电源模块；
所述无线接收接收模块包括依次连接的接收天线、带通滤波器、低噪声放大器、无线接收芯片和第二MCU，还包括为各模块供电的直流电源模块。
2.根据权利要求1所述的水下体征传感无线收发系统，其特征在于，所述传感器模块包括心率传感器、体温传感器、加速度计和陀螺仪，心率传感器、体温传感器、加速度计和陀螺仪采集到的数据输出至第一MCU，第一MCU进行数据处理，并控制无线发射芯片的开关状态；
无线发射芯片将处理后的数据进行调制，上变频为射频信号，射频信号进入功率放大器模块，进行信号放大。
3.根据权利要求2所述的水下体征传感无线收发系统，其特征在于，所述功率放大器模块包括驱动放大器和末级放大器，所述驱动放大器采用GaAs HBT工艺的Gainblock，对射频信号进行初步放大，放大至23dBm；所述末级放大器采用低压LDMOS工艺的功率放大器，将信号放大至40dBm；放大后的信号进入发射天线。
4.根据权利要求3所述的水下体征传感无线收发系统，其特征在于，所述发射天线采用螺旋线圈结构的全向辐射天线，增益为3dBi；所述接收天线采用玻璃钢全向天线，增益为
6dBi，信号从接收天线耦合后，进入带通滤波器。
5.根据权利要求4所述的水下体征传感无线收发系统，其特征在于，所述带通滤波器对射频信号进行带外滤波，经过滤波，信号进入低噪声放大器；所述低噪声放大器采用3.3V供电，信号经过低噪声放大器进行放大后，信号输出至无线接收芯片进行解调；所述无线接收芯片将射频信号进行解调，将数据还原，进入第二MCU处理；所述第二MCU进行数据处理，得到传感器采集到的数据，最终传至计算机。
6.根据权利要求2所述的水下体征传感无线收发系统，其特征在于，所述发射模块的第一MCU控制无线发射芯片周期性的工作状态，每1秒钟发射一次数据，每次发射时长1ms。
7.根据权利要求2所述的水下体征传感无线收发系统，其特征在于，所述发射模块的无线发射芯片将数据进行FSK调制，载波频率为170MHz。
8.根据权利要求3所述的水下体征传感无线收发系统，其特征在于，所述发射模块的驱动放大器和末级放大器，进行输入匹配和输出匹配，均匹配至50ohm，使驱动放大器和末级放大器的输入驻波小于1.5；末级放大器的输出匹配采用功率匹配方式，使末级放大器的输出功率达到最优状态。
9.根据权利要求5所述的水下体征传感无线收发系统，其特征在于，所述接收模块的带通滤波器采用晶体滤波器。
10.根据权利要求5所述的水下体征传感无线收发系统，其特征在于，所述接收模块的低噪声放大器采用SiGe工艺，低噪声放大器的输入阻抗匹配至simith chart中噪声最低区域，提高无线接收模块的接收灵敏度。

说明书全文

一种水下体征传感无线收发系统

技术领域

[0001] 本发明涉及人体体征无线传感技术领域，特别是涉及一种水下人体体征远程无线传感技术领域。

背景技术

[0002] 随着室内游泳场馆的增多，游泳人数越来越多，如何保证游泳人员的人身安全是一个重大的问题，传统的办法是在岸上配备观察员，以人力的方式进行保障，然而在泳池人多的时候，往往会有疏漏，造成严重后果。

[0003] 另外，目前工作人员在户外水下作业时，如果没有配备实时体征监测设备，对水下作业人员的实时生理状态无法监控，长时间作业，容易发生意外。

[0004] 即使配备了体征监控设备，也是采用了有线形式，例如线缆、光缆等，大大影响了工作人员的作业范围和工作效率。

发明内容

[0005] 本发明的目的是：提供一种水下体征传感无线收发系统，所述的这种水下体征传感无线收发系统能够实时监控水下人员的生命体征，包括体温、心率、运动轨迹。解决目前室内游泳馆的安全保障问题，以及为户外水下作业人员的人身安全提供设备保障，同时提高户外水下作业范围和工作效率。这种水下体征传感无线收发系统体积小，整机功耗低，工作时间长，易于携带安装。

[0006] 一种水下体征传感无线收发系统，包括水下体征无线发射模块和无线接收模块；所述水下体征无线发射模块包括依次连接的传感器模块、第一MCU、无线发射芯片、功率放大模块和发射天线，还包括为各模块供电的蓄电池电源模块；所述无线接收接收模块包括依次连接的接收天线、带通滤波器、低噪声放大器、无线接收芯片和第二MCU，还包括为各模块供电的直流电源模块。

[0007] 优选的，所述传感器模块包括心率传感器、体温传感器、加速度计和陀螺仪，心率传感器、体温传感器、加速度计和陀螺仪采集到的数据输出至第一MCU，第一MCU进行数据处理，并控制无线发射芯片的开关状态；无线发射芯片将处理后的数据进行调制，上变频为射频信号，射频信号进入功率放大器模块，进行信号放大。

[0008] 优选的，所述功率放大器模块包括驱动放大器和末级放大器，所述驱动放大器采用GaAs HBT工艺的Gainblock，对射频信号进行初步放大，放大至23dBm；所述末级放大器采用低压LDMOS工艺的功率放大器，将信号放大至40dBm；放大后的信号进入发射天线。

[0009] 优选的，所述发射天线采用螺旋线圈结构的全向辐射天线，增益为3dBi；所述接收天线采用玻璃钢全向天线，增益为6dBi，信号从接收天线耦合后，进入带通滤波器。

[0010] 优选的，所述带通滤波器对射频信号进行带外滤波，经过滤波，信号进入低噪声放大器；所述低噪声放大器采用3.3V供电，信号经过低噪声放大器进行放大后，信号输出至无线接收芯片进行解调；所述无线接收芯片将射频信号进行解调，将数据还原，进入第二MCU处理；所述第二MCU进行数据处理，得到传感器采集到的数据，最终传至计算机。

[0011] 优选的，所述发射模块的第一MCU控制无线发射芯片周期性的工作状态，每1秒钟发射一次数据，每次发射时长1ms。

[0012] 优选的，所述发射模块的无线发射芯片将数据进行FSK调制，载波频率为170MHz。

[0013] 优选的，所述发射模块的驱动放大器和末级放大器，进行输入匹配和输出匹配，均匹配至50ohm，使驱动放大器和末级放大器的输入驻波小于1.5；末级放大器的输出匹配采用功率匹配方式，使末级放大器的输出功率达到最优状态。

[0014] 优选的，所述接收模块的带通滤波器采用晶体滤波器。

[0015] 优选的，所述接收模块的低噪声放大器采用SiGe工艺，低噪声放大器的输入阻抗匹配至simith chart中噪声最低区域，提高无线接收模块的接收灵敏度。

[0016] 本发明的优点是：在游泳者或水下作业人员的身体上安装水下体征传感无线发射模块，包括体温传感器、心率传感器、加速度计和陀螺仪，利用无线发射电路将采集的生命体征和运动数据传输给岸上的接收模块，由MCU处理后通过通讯接口电路传递到计算机，大量的数据计算工作交给计算机，既提高了运算速度，又节省了水下发射模块的电池能源，计算机将结果实时显示，以监测游泳者或水下作业人员的各种生理指标和运动轨迹，以便在出现事故征兆时，进行及时干预和救治。功率放大模块使无线信号在水下可以进行远距离传输，岸上的接收模块可获得稳定可靠的信号。并通过优化电路结构和集成化的设计，缩小了设备尺寸，使其更加容易安装和携带。附图说明

[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

[0018] 图1为本发明实施例一种水下体征传感无线收发系统的结构示意图。

具体实施方式

[0019] 以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据环境条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

[0020] 参见图1所示的一种水下体征传感无线收发系统，包括水下体征无线发射模块和无线接收模块。

[0021] 所述水下体征无线发射模块包括依次连接的传感器模块，第一MCU，无线发射芯片，功率放大模块，蓄电池电源模块以及发射天线。

[0022] 所述传感器模块包括心率传感器、体温传感器、加速度计和陀螺仪，心率传感器、体温传感器、加速度计和陀螺仪采集到的数据输出至第一MCU，第一MCU进行数据处理。

[0023] 所述第一MCU有两个主要作用，第一是对传感器模块采集到的数据进行数据处理，以便进行编码调制；第二是控制无线发射芯片的开关状态。

[0024] 所述无线发射芯片将处理后的数据进行调制，上变频为射频信号，射频信号进入功率放大器模块，进行信号放大。

[0025] 所述功率放大器模块包括驱动放大器和末级放大器，所述驱动放大器采用GaAs HBT工艺的Gainblock，3.3V供电，对射频信号进行初步放大，放大至23dBm；所述末级放大器采用低压LDMOS工艺的功率放大器，在7.2V-8.4V范围内均可稳定工作，将信号放大至40dBm。放大后的信号进入发射天线。

[0026] 所述发射天线采用螺旋线圈结构，减小了天线体积，有利于装备集成，便于携带；发射天线为全向辐射天线，减小了水下姿态的影响，增益为3dBi，在各种姿态下，都能够将信号传出水面。

[0027] 所述蓄电池电源模块包括蓄电池和LDO，所述蓄电池为锂电池，输出电压为V1：7.2V-8.4V；所述LDO为电压转换芯片，将锂电池输出的7.2V-8.4V转换为V2：3.3V；V1用于给末级放大器供电；V2用于传感器模块、MCU、无线发射芯片、驱动放大器供电。

[0028] 所述无线接收接收模块包括依次连接的接收天线，带通滤波器，低噪声放大器，无线接收芯片，第二MCU，以及直流电源模块。

[0029] 所述接收天线采用玻璃钢天线，由于无线接收模块放置在水面上，可以采用高质量的玻璃钢全向天线，增益为6dBi，提高接收信号强度。信号从天线耦合后，进入带通滤波器。

[0030] 所述带通滤波器对射频信号进行带外滤波，减小带外杂散信号带来的干扰，提高无线接收模块的接收灵敏度。经过滤波，信号进入低噪声放大器。

[0031] 所述低噪声放大器采用3.3V供电，信号经过低噪声放大器进行放大后，提高了无线接收模块的接收灵敏度。经过低噪声放大器放大，信号输出至无线接收芯片进行解调。

[0032] 所述无线接收芯片将射频信号进行解调，将数据还原，进入第二MCU处理。

[0033] 所述第二MCU进行数据处理，得到传感器采集到的数据，最终传至计算机。

[0034] 所述直流电源模块为直流输入，电压为V3：12V；采用DC-DC芯片将12V转换为V4：3.3V。V4用于低噪声放大器、无线接收芯片和MCU的供电。

[0035] 上述实施例优选的，所述发射模块的MCU控制无线发射芯片周期性的工作状态，每1秒钟发射一次数据，每次发射时长1ms，以降低整机功耗，使蓄电池能够长期供电。

[0036] 上述实施例优选的，所述发射模块的加速度计和陀螺仪，能够采集到水下人员的运动姿态数据，从而在接收端更直观的了解水下人员的运动情况。

[0037] 上述实施例优选的，所述发射模块的无线发射芯片将数据进行FSK调制，上变频为射频信号，载波频率为170MHz，170MHz频率低，有利于无线电在水下的远距离传输。

[0038] 上述实施例优选的，所述发射模块的驱动放大器和末级放大器，要对其进行输入匹配和输出匹配，均匹配至50ohm，使驱动放大器和末级放大器的输入驻波小于1.5；末级放大器的输出匹配采用功率匹配方式，使末级放大器的输出功率达到最优状态。

[0039] 上述实施例优选的，所述接收模块的带通滤波器采用晶体滤波器，插入损耗低，带外抑制优，品质因素高，大幅度减小带外杂散信号带来的干扰，提高无线接收模块的接收灵敏度。

[0040] 上述实施例优选的，所述接收模块的低噪声放大器采用SiGe工艺，噪声低，增益高，并且低噪声放大器的输入阻抗需要匹配至simith chart中噪声最低区域，提高无线接收模块的接收灵敏度。

[0041] 需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

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