控制/MCU
引言
雷达式生命探测仪是以非接触方式获取墙壁、废墟等不透明障碍物后生命体微动信息的探测系统。其基本原理是:首先发射特定形式的电磁波,当电磁波照射到人体后,其回波信号被人体运动(心跳、呼吸、走动)所调制而产生多普勒频率,而后采用一定的硬件电路和软件算法,从检测到的多普勒频率中提取人体的生命特征参数,最终判别出人体有/无、动/静、数量等状态信息。雷达式生命探测仪应用广泛,特别是近年来由于世界各地大型自然灾害的频发和恐怖犯罪活动的猖獗,更使雷达式生命探测仪日益受到重视。而由于生命探测仪的应用环境复杂多变,因此对它提出了外观小型化、便携化和检测智能化、实时化的要求。信号处理系统是生命探测仪的重要组成部分。本课题的研究采用功能强大的高速浮点数字信号处理器(DSP)TMS320C6711B来完成大量复杂运算,以减小设备体积和功耗。从软件和硬件两方面入手,解决实时检测和操作携带方便的问题。
1 系统设计方案
信号处理系统分为模拟信号处理系统和数字信号处理系统两个子系统。系统的主体是由DSP芯片和A/D转换芯片组成,如图1所示。其中A/D主要完成模拟信号到数字信号的转换,DSP芯片则用于完成数字信号的分析、处理以及控制。系统中的前端预处理部分主要完成对I/Q信号的调制解调、A/D转换、部分实时数字信号处理、处理后数据的传输,以及接收和处理后端发来的命令(包括信号放大倍数、A/D的采样率、数字信号处理过程中参数的选择等)。系统的后端则主要用于控制和显示,完成人机交互功能。DSP外扩的FLASH完成boot loader,上电启动后DSP自动从FLASH中加载程序到DSP内部RAM中运行,外扩的SDRAM用于DSP进行算法处理时暂存数据。
2 硬件电路设计
2.1 DSP芯片选择
设计DSP应用系统,选择DSP是非常重要的一个环节,只有选择好了DSP才能进一步设计外围电路。根据本系统设计中所提出的硬件电路集成度高、体积小、功耗低和实时检测显示的要求和满足小波变换、FFT、谐波分解、维格纳分布多种复杂算法的需要,选用Tl公司新型C6000系列高性能浮点DSPTMS320C6711B作为系统的信号处理开发平台。其主要特点有:片内8个并行的处理单元,可分为相同的两组。它的体系结构采用超长指令字(VLIW)结构,单指令字长为32b,8个指令组成一个指令包,总字长为8×32=256 b。芯片内部设置了专门的指令分配模块,可以将256 b的指令包同时分配到8个处理单元,并由8个单元同时运行。由于芯片的最高时钟频率可以达到150 MHz,当片内的8个处理单元同时运行时,芯片的最大处理能力可以达到2 400 MIPS(每秒百万条指令)。此外,TMS320C6711B还有32 b的EMIF总线,有4个空间,每个空间均可与SDRAM,SBSRAM和异步外设实现无缝接口。
2.2 DSP外围电路设计
系统的外围电路由复位电路、时钟电路、电源电路、内存扩展电路等几个部分组成,其外围电路组成框图如图2所示。
3 系统软件设计
3.1 系统软件流程图
该系统软件的设计参考雷达波生命参数检测系统软件设计要求,利用TI的综合开发调试软件CCS完成软件的编写调试。软件主要完成非接触生命信号的采集、分析和处理,最后传送至液晶显示器进行显示。软件的流程如图4所示,软件一开始首先屏蔽所有可屏蔽中断,然后对DSP进行初始化,包括状态寄存器、矢量表以及MeBSP串行口的初始化,并对AD7707进行初始化。然后打开中断,等待外部中断。在中断服务程序中读取经过数模转换后的数据,并对数据进行处理、发送HPI中断,让外部MCU通过HPI接口读取数据,显示输出。
判断处理后的结果直接被界面显示软件来调用,进行单路数据的频域或时域的实时显示,并可以保存、打印数据。
4 结语
该系统采用TI公司最新推出的TMS320C6711B高性能的浮点DSP芯片和AD公司推出的AD770716位A/D转换器设计得到的生命信号分析处理单元,构建集信号采集、信号处理、信号显示输出等功能的信号处理系统,完成了系统原理设计、外围电路设计、信号处理算法设计、软件系统设计等工作。结果证明设计原理切实可行,电路功能合理,软件系统运行稳定,能够完成大量复杂的算法,满足生命信号探测系统智能化、实时化的要求,而且整个处理系统集成度高、体积小,达到了系统便携化、小型化的设计目的。由于近年来雷达波生命探测系统应用环境的拓展和军民领域需求的增加,本探测系统具有很好的应用前景。
STM32/STM8
意法半导体/ST/STM
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