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1、2014年“华诺星空杯”湘潭大学电子设计竞赛设计报告人体生命体征模拟器设计报队伍编号：B06参赛学校：湘潭大学作 者：刘泽彬、章壮、丁林涛指导教师：胡洪波摘要：随着社会的发展和对生命的重视，社会对特殊情况下例如地震，火山等，对生命的探测 越来越重视，因此一大批生命探测仪随之诞生，其中雷达式生命探测仪是利用电磁波的反射 原理，检测人体因呼吸、心跳产生的胸腔、腹腔的有规律的运动，经过一定时间的积累，从 而辨别有无生命体的存在。但在我们的研究过程中，多用人体作为探测目标，由于人体的个 体差异和姿态不同，检测到生命参数和探测结果差异较大，难以进行定量探究分析并用于雷 达生命探测仪的研究开发，因此迫切需
2、要一种模拟人体系统作为非接触雷达式生命探测的探 测目标。本设计基于人体呼吸、心跳信号的特征，建立标准呼吸和心跳信号，然后结合信号 特征设计生命信号发生器和机械振动装置，完成系统控制和电源设计，最终形成一套定量化、 生命参数可调的模拟人体系统。关键词 雷达；生命探测；模拟人体；机械振动第一章绪论1.1研究背景及意义国家积极开展非接触雷达式生命探测技术的研究，多使用人体作为探测目标，这使得除操作 人员以外至少还需要一名人员作为目标，实验才能开展，因此常常由于人员不足造成实验无 法开展，即使在一定条件下一人身兼两职，还是会给实验带来不便，因此我们需要一种能模 拟人体呼吸、心跳引起的人体表面微动信号的
3、模拟人体系统，替代人体作为探测目标，从而 避免人力资源的浪费，还能减少无关人员的微波辐射。另一方面，以人体作为探测目标，由 于目标的性别、年龄、体重、姿态，呼吸幅度等差异使得相同条件下测得的生命参数差别较 大，甚至同一个体在相同条件不同时段的探测结果也有所差别，这就造成在例如评估硬件的 探测灵敏度、对比不同算法的检测和识别能力等相关研究中，对实验结果无法进行客观地对 比和评价。课题组开展过用金属板模拟人体的呼吸和心跳信号的实验。实验表明这种方法可 以模拟人体呼吸、心跳引起的体表微动，是实现生命探测中人体模拟系统的一种简单有效的 方法。第二章系统方案2.1系统功能需求分析以呼吸或者心跳体征为主要
4、模拟实现的功能：1、输入电压：5V或者12V2、频率可控范围：0.2-0.8HZ （人体正常呼吸的频率范围）1-3Hz （人体心跳频率范围）3、频率控制步进：1%4、幅度调节范围：0-100% （幅度大小不做规定）5、通过上位机进行状态控制2.2系统总体方案设计1）：基于生命特征模拟器的电源模块设计。本次设计中采用了两个电压为12v, 5V，分 别为直流电机和STM32芯片供电。2）：基于生命特征模拟器的心跳频率设计。本次设计采用了 STM32的PWM波输出来调节 心跳频率。3）：基于生命特征模拟器的心跳振幅设计。本次设计采用了步进电机的正反转带动传动 杆来实现振幅的调整。4）：基于生命特征模
5、拟器的电机驱动模块设计。本次设计采用了一个直流电机和一个步 进电机，直流电机我们采用298驱动，步进电机采用2003驱动模块。5）：基于生命特征模拟器的心跳机械振动装置设计。本次设计通过传动杆带动金属振动 面振动，从而模拟出心跳引起的人体表面微动。6）：基于生命特征模拟器的上位机设计。上位机语言采用了 visual Basic，具有调节 心跳频率和幅度的功能。实现了频率步进1%,幅度可调。7）：基于生命特征模拟器的上位机与下位机数据传输设计，本次设计采用了无线数据传 输模块，实现了上下位机数据的无线传输。尽管人体生命信号存在多样性和差异性，但人体生理特点决定了人体呼吸、心跳信号具 有一定的规律
6、性，从人体的生理特点来看，正常人心率为50120次/分，呼吸为250 次/分，对应的频带为：心率0.8 Hz20 Hz，呼吸0.03 Hz0.8 Hz。因此，人体的呼吸、 心跳信号具有周期性，能量主要集中在超低频至低频范围。此外，因此这种方式探测到的人 体呼吸、心跳信号有其特殊规律。模拟的标推人体呼吸波形U.22.3机械振动装置设计 /:图1.2为机械振动装置结构示意图。如图所示，模拟人体系统机械振动 装置的核心部件是一个振动体，其频率响应可达到0.01Hz。驱动电路驱动振 动体振动，并通过传动杆带动金属振动面振动，从而模拟出呼吸、心跳引起 的人体表面微动，位于传动杆上的位移传感器测量振动幅度。位移传感器传动杆驱动电路振动体悬挂理定金属振动面第三章功能与指标第四章 实施原理及过程第X章特色与创新点1、突破人体作为探测目标的传统模式，通过控制金属物体的机械运动形式更丰富、更有效 的来模拟人体的呼吸、心跳运动的功能。结构稳定，可维护性高。2、采用无线传输技术实现上位机与下位机通信，PC机上实时调控和显示心跳计数、频率及 振幅，并通过下位机屏幕显示采集到的数据，从而大大的有利于雷达生命探测仪的研究 开发。3、通过使用超声波测距模块实时检测模拟心跳的振幅，并采用金属传感器从而得到心跳的 次数反馈到上位机。4、
