基于IA4420微型双向射频通信系统

　　1　概述

　　人体消化道是一条自口腔延至肛门的肌性管道,消化器官运动功能的强弱直接关系到人体对所需营养物质的吸收和利用,关系到人类的健康。笔者开发的是微型无创介入式人体全消化道生理参数检测系统,研究人体整个胃肠道温度和压力等参数的无创、实时、动态长时间检测方法,在能反映人体胃肠道正常生理状态的情况下, 24 h监测人体消化道生理参数的变化以及食物在消化道内通过的过程,为正常生理状态下人体胃肠动力功能的研究提供有效的方法。该系统的硬件部分由“微型电子胶囊”、“便携式数据记录仪”、“体外探测定位装置”和“数据处理系统”4部分组成。微型电子胶囊随人体正常消化过程从肛门排出。其间,微型电子胶囊中的微型压力、温度传感器采集数据,通过射频通信系统将数据发射给体外便携式数据记录仪。为了保证传送数据的正确性,减少数据包的丢失率(PLR, packet loss ratio),设计了简单可靠的无线射频通信协议。便携式数据记录仪每隔一段时间便发射一次信号给胶囊,以表明体外便携式数据记录仪的接收状态正常,可以继续发送数据。体外接收装置将正确的数据传输给工作站进行数据处理,协助医生分析诊查病情。具体框图如图1所示。整个过程对患者无创伤,无痛苦,不影响其正的工作生活。

　　2　IA4420功能和引脚

　　IA4420是INTEGRATION公司推出的可编程、低功耗、多通道频移键控(FSK)的全双工无线数据传输芯片。IA4420可以工作在ISM(工业、科学、医学)频段,分别是315 MHz、433 MHz、868 MHz和915 MHz。在功能方面,该芯片集成了几乎所有的射频收发器模块,包括可编程的相同步逻辑合成器(PLL)、射频功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、基带滤波器和放大器以及I/Q解调器等,拥有自动频率控制(AFC)特性,另外集成了通用的SPI通信接口,使得其适用范围更广。在芯片安全方面, IA4420的低电压检测功能可以保证当电压低于既定值之后,产生一个中断。在追求产品低功耗方面,其唤醒时钟也发挥着巨大的作用。强大的内部功能,且需要较少的外部元器件,大大简化了射频收发系统的设计。IA4420封装类型为TSSOP-16,大小为5 mm×6. 4 mm,其引脚图如图2所示。

　　3　微型双向射频通信系统

　　由于本系统的外形尺寸受到严格的限制,因此如何在有限的空间内实现所需要的功能是必须要解决的关键问题。本系统中单片机负责处理采样得到的体内的压力、温度、pH值等数据,并把这些数据通过射频收发器IA4420发送到体外,同时单片机要负责处理体外数据接收装置发射到胶囊的信号,因此单片机能否和射频收发器IA4420协调工作,关系到整个系统能否正常运行。