基于DSP芯片TMS320的雷达式生命探测仪

A/D转换采用高分辨率的模数转换芯片AD7707，由于其外部模拟输入信号的电压范围为±5 V，所以选择高电压模拟输入通道AIN3作为模拟信号输入端。AD7707的时钟信号由外围有源时钟芯片提供，数字信号输入端DIN直接与DSP串行数据输出端DX相连。其数字信号输出端DOUT直接与DSP的串行数据输入端BDR相连。串行时钟信号SCLK直接与DSP的串行口发送时钟信号、串行口接收时钟信号CLKX相连，如图3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。

3.2 初始化

　　初始化是设定系统工作状态的重要步骤，只有正确进行初始化，才能保证芯片的正确运行。系统初始化包括DSP的McBSP初始化和AD7707的初始化两个部分。

　　DSP上电复位以后各寄存器都处于一个预先确定的数值状态。上电时刻，系统上电复位，寄存器复位到初试值。McBSP通过3个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(引脚控制寄存器)来配置。接收和发送操作的各种参数通过接收和发送控制寄存器RCRl(接收控制寄存器1)、RCR2(接收控制寄存器2)、XCRl(发送控制寄存器1)、XCR2(发送控制寄存器2)。

　　AD7707的初始化主要是完成各寄存器的初始化。包括设定输入信号通道、信号采样频率、采样增益、输入时钟源等。

　　3.3 数字信号处理流程

　　数字信号处理分为两个大的模块，一路经小波变换后对信号做时域处理;另一路根据回波信号的特征，设计各种数字信号处理算法，并在软件程序设置合适的门限值，根据门限软件来完成人体有/无、动/静、数量等状态信息的识别，并做频域处理。

　　对于数字信号处理部分，先设计一低通滤波器去除高频干扰信号(截止频率要高于人体运动的频率，一般设置为50 Hz)，通过小波变换的小波分解提取出低频通道的有用信号(呼吸、心跳信号)，而高频通道分解出来的信号一般是系统噪声，采用直接置零的方法将其去除，然后再进行小波重构，恢复低频通道分解的呼吸、心跳信号，并将其在界面上进行实时的时域波形显示，其时域处理流程如图5所示。对于人体运动的信号由于其频率大约在15～35 Hz之间，信号经过低通滤波器之后，直接对其进行傅里叶变换，取模;对于人体的呼吸信号，它的频率一般小于2 Hz，因此对信号使用小波变换处理后，采用较低的采样频率，然后进行积累抽样、FFT、取模;根据实验，如果人体处于静止状态，其呼吸路与体动路的信号能量比在1.5～20之间，如果处于运动状态，呼吸路与体动路的信号能量比则在O.1～0.6之间，所以选择γ=1作为判断人体动静状态的门限阈值，如果两路信号的能量比值γ>1为静止或无人状态，γ<1为运动状态，并实时显示频域;如果γ>1，则对信号进行谐波频率的估计。在X波段，人体呼吸和心跳的多普勒频率大约在O.2～1 Hz范围内，如果谐波频率估计值f在O.2～1之间，为有人静止状态，反之为无人状态，并实时显示频域;在判定为有人之后，进一步用维格纳分布和统计模式识别的方法对人体的数量进行确定，实时显示频域和维格纳分布。整个过程如图6所示。

　　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。