| TAZ-TFG-2016-4552 |
Desarrollo y optimización de algoritmos de procesado de Señales ortogonales utilizadas en la detección de señales vitales
Ara Sanz, David Lorien
Serban, Adriana (dir.)
Urriza Parroqué, Isidro (ponente)
Universidad de Zaragoza,
EINA,
2016
Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones, Área de Tecnología Electrónica
Graduado en Ingeniería de Tecnologías y Servicios de Telecomunicación
Resumen: El Trabajo Fin de Grado que se presenta forma parte de un proyecto mayor que tiene como objetivo el desarrollo de un sensor capaz de detectar a distancia el ritmo cardíaco y pulmonar de un sujeto. Para ello se hace uso de la tecnología radar Doppler y un interferómetro de seis puertos en la etapa de radiofrecuencia. Esta sección genera a su salida dos señales ortogonales en banda base que contienen la información del desplazamiento generado por la actividad cardio-respiratoria en la caja torácica del objetivo. El procesado digital de estas señales es el área en la que se enmarca la investigación realizada. Este trabajo propone un sistema de análisis implementable en una FPGA que permita determinar adecuadamente el ritmo cardíaco y pulmonar. Con este objetivo, tras un análisis preliminar de las señales recibidas, se establecen como parámetros de diseño una frecuencia de muestreo de 100 Hz y una ventana de datos de 10.24 segundos de duración. El algoritmo propuesto aplica en primer lugar la función arcotangente a las dos señales recibidas, lo que da como resultado un vector linealmente proporcional al desplazamiento físico de la caja torácica. Al vector obtenido se le aplica la ventana de Hamming y posteriormente se procede al cálculo de su densidad espectral de potencia. Tras evaluar este planteamiento teórico con el software MATLAB y comprobar su adecuado funcionamiento se procede a la implementación en VHDL. Para ello resulta necesario hacer uso de los algoritmos CORDIC y Radix-22 DIF, los cuales permiten realizar todas las operaciones matemáticas requeridas por el diseño. Los módulos de procesado desarrollados han sido evaluados funcionalmente, haciendo especial hincapié en el error introducido por cada uno de ellos. Tras realizar estas simulaciones se ha procedido a completar el sistema global con un bloque de control que permita el funcionamiento iterativo del algoritmo. Este diseño completo también ha sido testeado y se ha garantizado nuevamente su correcto comportamiento. Una vez comprobado el funcionamiento mediante simulación se procede a la implementación del código elaborado en la FPGA Nexys 2-1200 Spartan 3E. En esta evaluación resulta necesario la programación de un método de visualización que permita conocer las frecuencias detectadas, por lo que se hace uso de los diplays y LEDs de la placa. Tras ello se procede a verificar la respuesta del sistema ante diversas señales almacenadas en la RAM externa. Los resultados obtenidos son satisfactorios, se detecta adecuadamente el ritmo cardíaco y pulmonar la mayor parte del tiempo. Tras la investigación realizada se concluye que el sistema de procesado propuesto es adecuado en el tratamiento de señales ortogonales utilizadas en la detección de señales vitales, habiendo quedado comprobadas las buenas prestaciones del sistema desarrollado.
Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado
Notas: Desarrollado en la Universidad de Linköping.
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