[發明專利]一種基于化學擴散機理的二元數字通信系統

有效

• 申請號: 201910491532.2
• 申請日: 2019-06-06
• 公開（公告）號: CN110244612B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 王宇威;孫黎
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G16H50/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 王晶

本發明公開了一種基于化學擴散機理的二元數字通信系統，包括以下幾個部分：1)通信系統的發送端，包括了蠕動泵與STM32單片機，單片機蠕動泵0，1用來泵出酸堿性液體代表比特0與比特1，2)通信系統的信道，使用蠕動泵2持續泵出清水使信道中液體不斷流動3)通信系統的接收端，使用pH電極進行數據采集，然后由單片機采樣并且把數據發送到上位機進行通信同步與信號檢測。該系統很好地模擬了人體內進行分子通信的環境與過程，并且成本較低，可以以較低成本在該實驗系統上完成分子通信的算法研究與驗證。

技術領域

本發明涉及通信系統技術領域，特別涉及一種基于化學擴散機理的二元數字通信系統。

背景技術

隨著信息通信技術應用領域的不斷擴展，大量新型的通信系統紛紛涌現，例如：水聲通信、分子通信、太赫茲通信等，在這些新興通信系統中，分子通信有著良好的應用前景。隨著科技與社會的發展，生物科技的越來越被人們所重視，那么分子通信就是生物科技中的重要一環。在生物科技領域內，人們可以使用體內傳感器進行疾病的檢測與監控，或者使用體內醫療設備進行精準地治療，那么為了控制這些體內設備或者獲取體內設備所采集到地信息，就需要這些體內設備與外界進行通信，但是在人體這樣的復雜環境內部，不能使用傳統的無線通信，所以就需要這些設備先與位于皮膚表層的通信設備進行分子通信，然后再通過皮膚表層的通信設備進行無線通信。但是，為了研究分子通信的編解碼，信號檢測，調制解調等問題，如果使用實際的人體環境進行實驗成本太大，并且不符合倫理，所以，設計一種用于算法研究與驗證的模擬人體分子通信的通信系統就很有必要。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于化學擴散機理的二元數字通信系統，使用實驗系統對分子通信的算法進行研究與驗證，該系統模擬了人體血管與體內的流通環境，對于分子通信系統的算法研究與驗證有著重要的意義。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于化學擴散機理的二元數字通信系統，該系統的硬件包含三個蠕動泵，編號分別為0，1，2，一個以STM32F103微控制器為核心的單片機，軟管，pH電極，pH流通池，后置電路模塊，一個Renesas SK-S7G2單片機以及上位機，所述的pH流通池通過軟管分別與酸池、堿池和水池相連，所述的酸池、堿池和水池上的軟管分別設置有蠕動泵0、蠕動泵1和蠕動泵2，pH流通池與廢液池相連通；該通信系統包括以下部分：

1)通信系統的發送端，該系統為二元數字通信系統，發送端發送的符號為比特0或者比特1，使用以STM32F103微控制器為核心的單片機進行符號的發送，單片機的串口模塊連接蠕動泵，在進行通信之前，首先要進行通信同步，同步之后在通信的過程中，當發送比特0時，蠕動泵0向軟管內泵入特定體積的酸性溶液，當發送比特1時，蠕動泵1向軟管內泵入特定體積的堿性溶液；

2)通信系統的信道，為基于化學擴散機理的流通信道，由軟管和蠕動泵2組成，在通信過程中，蠕動泵2持續地以一個恒定的速度往軟管內泵入清水，使軟管內的液體一直處于流通狀態；

3)通信系統的接收端，該接收端由pH流通池，pH電極以及Renesas SK-S7G2單片機組成，pH流通池與軟管連接，pH電極放置于pH流通池內，在通信過程中，pH電極采集到的電信號輸入后置電路模塊中，經過放大分壓后輸入Renesas SK-S7G2單片機的ADC模塊進行采樣，然后把采樣數據通過單片機的WiFi模塊發送給上位機，通過上位機的人機交互界面軟件進行通信同步與信號檢測。

所述的發送端進行通信同步的步驟如下：

1)通信系統的發送端在通信同步開始的時候讓泵0持續泵出1s的酸性溶液，然后間隔10s，再讓泵1持續泵出1s的堿性溶液，然后再間隔10s。