CW radarový senzor pro sledování biologických funkcí pacientů

Abstract

Cílem této práce je navrhnout radarový senzor s kontinuální vlnou pro sledování biologických funkcí pacientů, jako je dýchání a bití srdce, do vzdálenosti 1.5 m a zpracováním signálu vypočítat naměřené výsledky sledování některých stavů pacientů. Jádrem našeho radarového systému je radarový čip BGT24MTR11, který obsahuje veškeré nezbytné vysokofrekvenšní komponenty. Proto musíme pouze navrhnout anténu, obvod pro zpracování výstupní soufázové i kvadraturní složky smíšeného signálu, aby byly uloženy do počítače pro další zpracování těchto signálů, a napájecí obvody a ochranu celého obvodu. Vysokofrekvenční signál je naladěn na f=24.2 GHz. Radarový čip BGT24MTR11 musí být nastaven příkazem skrz sběrnici SPI. Pro tento účel a pro získávání dat do počítače používáne desku Arduino UNO. Arduino UNO obsahuje piny sběrnice SPI a analogové vstupní piny s rozlišením 10-bitů. Nakonec grafické uživatelské rozhranní v program Matlab je použito pro svoji schopnost a eleganci ve výpočtech zpracování signálu. A tedy zobrazení výstupní soufázové i kvadraturní složky smíšeného signálu, výpočet rychlé Fourierovy transformace a zobrazení spektra, aby byly vidět frekvence bití srdce a dýchání pacienta pro hodnocení výsledků.

The goal of this work is to design continuous-wave radar sensor for patient's biological functions, such as respiration and heartbeat, to be monitored, up to 1.5 m distance and use signal processing to compute measured results of some patient's condition observation. The kernel of our radar system is radar chip BGT24MTR11 which include all necessary high frequency components. Therefor we only need to design the antenna, circuit to process in-phase and quadrature signals to be acquired by computer for signal processing, and supply voltage and protection of whole circuit. High frequency signal is tuned to f=24.2 GHz. The radar chip BGT24MTR11 has to be set up by command though SPI bus. For this purpose and for acquisition data to computer, board Arduino UNO is used. Arduino UNO includes SPI pins and analog input pins with 10-bits resolution. Finally, graphical user interphase in Matlab was used for its suitability and capability on signal processing, plotting in-phase and quadrature signals, computation for fast Fourier transform to get spectrum and plot the said spectrum to see frequencies of heartbeat and respiration to discuss results.