基于STM32的人体胃肠道超宽带数据传输系统设计

胃肠道疾病如胃癌和肠癌已经成为多发病和常见病，现有的胶囊内窥镜通信技术由于带宽的限制难以实现高质量的图像实时监测。本文从实用角度出发，采用超宽带通信技术，利用STM32单片机和相应的超宽带芯片来实现传输数据。系统由STM32芯片、DW1000芯片与天线等部分构成。在该系统中，通过STM32芯片获取图像并进行处理，利用DW1000芯片和相关天线来传输数据到PC端，用户可以在上位机中显示相关的图像，提高了传输图像的速率与质量。本系统设计解决了传统窄带通信的带宽限制，有效地降低内窥镜的功耗，提高续航时间，为胶囊内窥镜的图像实时传输提供了解决方案。

胃肠道疾病一般为多发性的常见病，严重威胁着人们的身体健康，如果能够定期进行肠镜普查及早发现胃肠道息肉病变病并治疗，可以极大地降低胃肠癌的发病率和死亡率[1]。无线电子胶囊内镜被业界认为是未来消化道内窥镜发展的主导方向[2]，但现有的胶囊内窥镜通信技术由于带宽的限制难以实现高质量图像实时传输。原始图像数据的实时传输可能需要76 Mbit/s 的速率，即使采用图像压缩技术，为保证高质量的图片或视频传输， 仍然需要高达10 Mbit/s 的数据传输速率[3]。

因此我们考虑UWB (Ultra Wide Band)超宽带无线通信是否能够实现高速率、高质量的图像传输。

UWB 超宽带无线通信作为近年通信领域新兴起的一种高速短距离无线互联技术，具有低电磁辐射功率、高速率传输、大信道容量、抗干扰能力强、低功耗、利于体内超小型天线设计等独特优势，使其很适合作为无线体域网(Wireless Body Area Network, WBAN)、无线个人网(Wireless Personal Area Network, WPAN)及生物医疗电子系统的通信技术[4] [5]。

在IEEE802.15.6-2012 人体区域短距离无线通信标准中[6]， 主要包括ISM 频段、WMTS 频段、MICS 频段的窄带PHY 标准，UWB 频段的宽带PHY 标准和HBC 频段的PHY 标准。IEEE802.15 工作组已经把UWB 列为WPAN 使用的三大通信技术之一，IEEE802.15.6 小组也已经把UWB 列为WBAN 通信技术的强有力竞争者。

因此， UWB 超宽带通信技术以其相较于其他窄带无线通信技术的独特优势， 成为新一代电子胶囊内镜的有力候选技术。

在本项目中， 采用超宽带通信技术， 利用STM32 单片机和相应的超宽带芯片来实现传输数据， 提高了传输图像的速率与质量， 解决了传统窄带通信的带宽限制， 降低了功耗， 实现了长时间续航。

2. 总体系统架构思路 系统总体模块结构如图1 所示。主要包括单片机模块、通信模块、天线模块、上位机模块等。

在传输端， 系统首先将待传输的数据通过串口传输到STM32F405 单片机中， 单片机进行数据的计算与处理，然后通过DW1000 超宽带芯片和天线将数据发送出去。在接收端，系统通过天线与DW1000 超宽带芯片接收发射端发出的数据，再由单片机处理后通过串口传输到上位机或者PC 端，从而完成数据的传输与图像的重建。医生可以在PC 端查看传输的图像，并辅助其做出相应的医疗诊断。