体内微型软体机器人的无线通信系统设计研究.pdf

《体内微型软体机器人的无线通信系统设计研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、体内微型软体机器人的无线通信系统设计研究吴恒，周涛涛(西北工业大学机电学院，陕西西安710072)ResearchonWirelessCommunicationAppliedinMiniatureandSoftRobotinsidetheBodyWUHeng，ZHOUTao—tao(SchoolofMechatronicalEngineering，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)摘要：研究一种体内微型软体机器人的无线通体机器

2、人采集信号后在信号发送过程中，会产生辐信方式。无线通信由MSP43O芯片和NRF24LE1射、衰减，这会影响人体健康和无线传输的效率。及其外围电路构成，分析其体内无线电磁波的信号1体内微型软体机器人的无线通信模衰减并探讨了芯片间SPI通信的工作方式，并在块原理SPI模式下用MCU控制无线收发器工作，最后设计了电路图和无线通信程序，为微型软体机器人的体内微型软体机器人可应用于胃肠动力检测领体内外无线通信提供了技术方案。域，通过采集胃肠动力参数，机器人将信息以2．4关键词：机器人；无线通信；电磁波；SP

3、IGHz频率电磁波从体外发射，进而获取人体胃肠物中图分类号：TP702理信息。这种方式可以弥补胶囊内镜视野范围小、文献标识码：A存在漏检现象口的缺点，有助于确诊疾病的类型和文章编号：1001—2257(2013)12—0067—03病因。体内微型软体机器人的无线通信模块主要由Abstract：Researchamethodofwirelesscorn—MSP430芯片和NRF24LE1无线收发芯片构成，其municationappliedinminiatureandsoftrobotin—原理架构如

4、图1所示。采集信号并经过A／D处理sidethebody．Thewirelesscommunicationismade后，发射端MSP430芯片以SPI模式驱动upofMSP430andNRF24LE1aswellasoutsideNRF24LE1发射数据，接收端MSP430芯片控制circuits．ThepaperanalyzestheattenuationofNRF24LE1接收数据。wirelesselectromagneticwave，thewayofSPI．U～singMCUcontrol

5、stheNRF24LE1inthemodelofSPI．Finallydesignthecircuitandprogram，asatechnologymethodforwirelesscommunicationap～pliedinminiatureandsoftrobotinsidethebody．Keywords：robot；wirelesscommunication；e～lectromagneticwave；SPI图1体内无线通信模块架构0引言2射频信号对人体的辐射影响软体机器人具有自由度无限多

6、、连续变形能力由于无线通信是在人体内进行的，其原理是通高和很好的环境适应性等特点。它可作为新型医疗过电磁辐射把数据发射到体外，所以有必要探讨无检测机器人的雏形，相比于体内胶囊机器人，能很好线发射功率衰减以及对人体健康的影响。国际上通吸附于体内器官，如肠道中，进行采集肠道动力和压常用SAR衡量电磁辐射对人体的作用，其定义是生力参数等任务。但由于人体内特殊的生理环境，软物体单位时间、单位质量所吸收的电磁辐射能量，单收稿日期：2013一O9一lO位是W／kg，计算公式为：《机械与电子}2013(12)·6

7、7·型软体机器人的无线通信系统iSAR=(1『+ll。+lI)(—)z，代人式子中得一／／~o／Zr。厶l[，￡rEoV￡0￡r亡宦和为电场分量的峰值；为生物组织根据表1中数据，计算功率衰减如图2所示。的电导率；为生物组织的密度。ANSI标准规定，由图2可知，在发射功率为0dBm，传输距离为0～任意1g肌体中SAR应小于1．6W／kg。黄标口在8in，电磁波从体内传至8in以内接收端时候，功率其博士论文中，计算了输入功率为1W的天线在整大于一82dBm，满足接收要求。个FDTD模型中的SAR远远大于

8、标准值，指出为0—1O满足标准，发射功率必须小于15．59mw，最大SAR羞一20值为0．00122W／kg。一3O：系统所采用的NRF24LE1发射功率是0dBm鲻60一1．0mW，理论上满足ANSI要求，并在功率下仿—70真平面矩形贴片天线在人体内的辐射情况。以腹部传描距N／rfl横截面为SAR观测点，最大SAR值为0．00122图2在不同介质下信号的衰减W／kg。此外，由于无线信号以电磁波形式穿透人体后3MSP43O与NRF24LE1无线通信才能被接收，人体是一