Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SP (대한전자공학회논문지SP)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

DSP Embeded Hardware for Non-contact Bio-radar Heart and Respiration Rate Monitoring System

DSP를 이용한 비 접촉식 도플러 바이오 레이더 생체신호 모니터링 시스템 임베디드 하드웨어의 개발

  • Kim, Jin-Seung (School of Electronic Engineering, Kookmin University) ;
  • Jang, Byung-Jun (School of Electronic Engineering, Kookmin University) ;
  • Kim, Ki-Doo (School of Electronic Engineering, Kookmin University)
  • Received : 2009.11.13
  • Accepted : 2010.05.23
  • Published : 2010.07.25
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Abstract

In this paper, we provide an embedded type non-contact bio-radar heart and respiration rate monitoring system. We implemented the rate finding algorithm into the embedded system. The high-speed and reliable real-time signal processor is then tested. To avoid null-point data loss problem, we applied quadrature demodulation. Among several other combining techniques, we suggest arctangent demodulation for quadrature channel combining and DSP is used for real-time signal processing. We also suggest DC-offset compensation technique to preserve the wanted DC components of the IQ signals for accurate demodulation while keeping the dynamic range of the ADC lower. Using Texas Instrument C6711 series DSP and external 12Bit ADC, we implemented proper elliptic digital filter and autocorrelation detection algorithm for robust commercial hand held device.

본 논문에서는 비접촉식 도플러 바이오 레이더의 신호처리 시스템을 임베디드 하드웨어를 구현하였다. 실시간 처리를 빠르고 정확하게 수행할 수 있도록 DSP에 적합한 고속 알고리즘을 사용하여 구현하고 그 성능을 PC에서와 비교하였다. 영점에서 발생하는 데이터 손실 문제를 피하기 위하여 quardrature combining을 적용하였으며, 여러 가지 quardrature combining 방법 중에 DSP 실시간 연산에 적합한 알고리즘으로 arctangent combining을 선정하였다. IQ 신호의 원하는 DC 성분을 획득하면서 ADC에 다이나믹 레인지를 넘지 않도록 DC offset compensation 기법을 제안하였다. Texas Instrument 사의 C6711 DSP와 외장 12bit ADC를 사용하였고 최적화된 elliptic 필터를 설계하였으며 다양한 형태의 수신파형에서 심박수의 검출을 위하여 rate finding 블록에는 자기상관을 적용하는 알고리즘을 적용하였다. ECG와 측정값을 비교함으로 전체 시스템의 성능을 검증 하였고, 이를 통해 상용 가능한 휴대기기로 제작할 수 있도록 측정 거리의 변화에 상관없이 신뢰할 수 있는 시스템을 구축하였다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 국민대학교

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