个人状态远程监视及语音通讯系统研究

　　 引言

　　个人状态远程监视是指及时地对战场中的士兵或执行危险任务（如反恐）的警察等时刻具有生命危险的人员进行远程生理监护。系统由多台分机和若干台主机构成，各分机能独立采集作战人员的心率、血压和体温等生命信息，并由无线通信送给主机。救护小组根据主机中得到的信息对受伤人员进行及时的救治。另外，实现各对象间的语音通讯对于提高战斗力也是必不可少的。类似的设备亦可用于危重病人监护，以减轻医生负担。因此，该系统具有较大实用价值。

　　系统组成及工作原理

　　系统是由分机和主机构成。分机能够采集人体的生命信息，并经无线通讯传送给主机。主机接收生命信息数据，并将其显现在LCD显示屏上。不管是分机还是主机，设备之间均能实现语音通讯。考虑到战场通讯要求可靠性高，抗干扰能力强，并应具有保密性的特点，我们选用无线扩频通讯技术。近些年来，微处理器和大规模集成电路的迅猛发展使得无线扩频通讯成本迅速下降。综上所述，分机的硬件连接框图如图1。主机结构同分机相似，只需去掉生命信息采集部分，改为LCD显示即可。

　　TI公司近年来推出的MSP430系列单片机，是一款优秀的16位RISC结构微处理器，其指令周期短，具有多种省电模式，集成的A/D转换器，以及性价比高等众多优点越来越受到广大使用者的青睐。再加上它超低功耗特点，很适合作为本系统的核心微控制器。具体型号定为MSP430F149,它带有60KB闪存，12位的A/D转换器和硬件乘法器。另外，我们选择了TRF6900单片射频收发器来完成双向无线传输。该产品也是TI公司生产，其内部集成了完整的发射电路和接收电路，供电电压为2.2V-3.6V，并具有低功耗的待机模式。Stel-2000A是数字扩频芯片，完成扩频解扩功能。语音编解码芯片选用CMX639,这是一种CVSD(Continual Variable Slope Delta Modulation 连接可变斜率增量调制)芯片，即可实现语音编码，也有解码功能，且连接使用方便。

　　单片机MSP430F149定时采集心率、血压和体温等信息，并将数据编排成一定的帧格式，交给Stel-2000A扩频后由射频收发器TRF6900发出。语音的输入与输出由按键控制。一般情况下，设备处于语音接收状态，即单片机读取来自TRF6900并已解扩的数据，送给语音解码芯片CMX639。当键被按下时，麦克风处于受话状态，CMX639把麦克风输出的数据编码，MSP430读取该编码数据，处理后送给无线扩频通讯部分。 

　　图1分机硬件连接框图

　　生命信息的测量

　　传统的人体血压测量采用汞柱式血压计，该方法显然不适用于本系统。目前，松下和欧姆龙公司都已研制成功腕式血压计。该产品体积小巧，使用方便，只须将戴在手腕上，我们即可读出自己的血压。有的腕式血压计同样有测量心率的功能。因此，在系统方案中，将腕式血压计改装，作为向MSP430单片机传送血压和心率数据的传感器。应该注意的是，心率是指心脏每分钟的跳动次数，如果我们在测量心率时，是先测量一段时间内的跳动次数，再换算成一分钟的数值，那么这个心率数值由于变化缓慢，不能及时反映人体心率的变化。因此，较好的方法是测量心率的周期，并由周期/频率转换程序得到结果。

　　体温测量可以使用晶体震荡法或热敏电阻法。MSP430F149单片机自身带有A/D转换器，为了使外围线路简化，选用热敏电阻法。电阻电桥输出的电压放大后直接送入MSP430F149进行A/D转换。为了尽可能提高体温测量的准确性，测量范围应设定在30度到45度为宜。热敏电阻应和人体紧密接触，所以包括前面测量血压的袖套及测脉搏的压电传感器均可固定在紧身内衣上，以方便使用。 

　　图2 CMX639和单片机连接图

　　语音输入/输出的实现

　　语音通讯功能是本系统的重要组成部分。CVSD芯片CMX639是实现语音输入/输出的关键器件，其特点是抗干扰能力强。它和单片机的连接关系如图2所示。系统内有CVSD程序，其作用是在一般情况下将射频接收区的数据全部匀速的送给CMX639解码输入（DECODER INPUT）管脚。CMX639执行一定的解码算法后送给扬声器。当键被按下，麦克风输出的信号由编码输入（ENCODER INPUT）管脚进入CMX639芯片，由其编码后，数据被MSP430读入。单片机中有相应的存储区作为射频数据区。通讯部分进出该数据区与CVSD进出该数据区在速率上应保持一致。