СИСТЕМА СВЯЗИ ЧЕРЕЗ ТЕЛО ЧЕЛОВЕКА

Предлагаемое техническое решение относится к радиотехнике и может быть использовано для передачи и приема информации через электрическое поле, созданное вблизи тела человека.
Известно устройство связи [1] для передачи/приема данных в исполнительное устройство (хост-устройство) через тело человека, содержащее электродный блок, находящийся в контакте с телом человека, и усилитель сигналов. Однако, при организации связи в виде тока через тело человека, направление связи ограничено положением электрода, надетого на тело человека, что ограничивает степень свободы при связи. Кроме того, учитывая изменчивость сопротивления тела человека, технически трудно обеспечить достаточный уровень сигналов приема/передачи через тело человека, что приводит к нестабильности связи.
Известна система связи через тело человека [2], содержащая передатчик (модулятор), передающий блок данных, и приемник (демодулятор), принимающий блок данных, включающий в себя автоматический регулятор усиления (АРУ), поддерживающий постоянство амплитуды сигнала блока данных, переданных через тело человека.
В данной системе АРУ находится на приемной стороне и отрабатывает сигнал с принимающего электрода. В случае ухудшения канала связи (увеличения сопротивления тела человека, вызванного его движением или другими факторами) даже при максимальной мощности передатчика полезный сигнал на входе приемника может быть ниже уровня шумов и сигнал, принимаемый приемником, будет потерян или принят с искажениями.
Наиболее близкой к предлагаемой системе связи через тело человека является система связи [3], содержащая первое устройство связи для генерирования электрического поля вблизи тела человека, модулированного в соответствии с передаваемой информацией, и второе устройство связи, расположенное на или в непосредственной близости от объекта управления, предназначенное для детектирования соответствующих изменений в электрическом поле вблизи тела человека и демодуляции информации на основе этих изменений, при этом первое устройство связи содержит средство модуляции и последовательно соединенные устройство переключения направления связи, средство демодуляции и устройство управления, выход которого соединен с управляющим входом устройства переключения направления связи, выход которого подключен к электроду генерирования электрического поля, а второе устройство связи в свою очередь содержит последовательно соединенные электрод детектирования изменений электрического поля, устройство переключения направления связи и средство демодуляции, соединенное со входом объекта управления, при этом второй вход устройства переключения направления связи подключен к выходу средства модуляции, а управляющий вход соединен с выходом устройства управления.
Однако в известной системе связи для предотвращения возникновения шумов поверхность пола канала связи отделяют от поверхности земли (пола здания), что ограничивает применение данной системы. Кроме того, параметры системы связи рассчитывают под конкретное расположение устройств на теле человека с заданной площадью электродов. При изменении положения устройств (электродов) на теле человека возможна нестабильная работа системы.
Целью полезной модели является повышение надежности работы системы связи через тело человека без ограничения ее эксплуатационных и конструктивных параметров, а также свободы движения человека.
Для достижения поставленной цели в систему связи через тело человека, содержащую первое устройство связи для генерирования электрического поля вблизи тела человека, модулированного в соответствии с передаваемой информацией, и второе устройство связи, расположенное на или в непосредственной близости от объекта управления, предназначенное для детектирования соответствующих изменений в электрическом поле вблизи тела человека и демодуляции информации на основе этих изменений, при этом первое устройство связи содержит средство модуляции и последовательно соединенные устройство переключения направления связи, средство демодуляции и устройство управления, выход которого соединен с управляющим входом устройства переключения направления связи, выход которого подключен к электроду генерирования электрического поля, а второе устройство связи в свою очередь содержит последовательно соединенные электрод детектирования изменений электрического поля, устройство переключения направления связи и средство демодуляции, соединенное со входом объекта управления, при этом второй вход устройства переключения направления связи подключен к выходу средства модуляции, а управляющий вход соединен с выходом устройства управления введены: в первое устройство связи - управляемый усилитель, вход которого соединен с выходом средства модуляции, управляющий вход подключен к второму выходу устройства управления, а выход соединен со вторым входом устройства переключения направления связи, и во второе устройство связи - индикатор уровня сигнала, вход которого соединен со вторым выходом средства демодуляции, а выход - со входами средства модуляции и устройства управления.
На чертеже представлена структурная электрическая схема предлагаемой системы связи через тело человека.
Система связи через тело человека содержит первое устройство связи 1 и второе устройство связи 2. Первое устройство связи 1 включает в себя средство модуляции 3 (например, передатчик частотно модулированного сигнала), выход которого через управляемый усилитель 4 соединен с входом «передачи» устройства 5 переключения направления связи, вход «приема» которого подключен к входу средства демодуляции 6 (например, приемник частотно модулированного сигнала), выход которого соединен с входом устройства управления 7. Первый выход устройства управления 7 подключен к входу управления управляемого усилителя 4, а второй выход (выход коммутации связи) - к управляющему входу устройства 5 переключения направления связи, выход которого соединен с электродом 8 генерирования электрического поля вблизи тела человека. Второе устройство связи 2, в свою очередь, содержит последовательно соединенные электрод 9 детектирования изменений электрического поля вблизи тела человека и устройство 10 переключения направления связи, через вход «приема» соединенное с входом средства демодуляции 11, выход которого подключен ко входу объекта управления 12. Второй выход средства демодуляции 11 подключен к входу индикатора 13 уровня сигнала, выход которого соединен со входами средства модуляции 14 и устройства управления 15. Выход средства модуляции 14 подключен к входу «передачи» устройства 10 переключения направления связи, вход управления которого соединен с выходом коммутации связи устройства управления 15.
Примечание - Средство демодуляции 11 и индикатор уровня сигнала 13 второго устройства связи 2 могут быть реализованы, например, на одной микросхеме типа SA604A фирмы PHILIPS Semiconductors.
Предлагаемая система связи через тело человека работает следующим образом.
При подаче на вход средства модуляции 3 первого устройства связи 1 (передающей части системы) информационного сигнала S1 определенной длительности, например, для включения объекта управления 12, устройство управления 7 устанавливает устройство 5 переключения направления связи первого устройства связи 1 в положение передачи. При этом аналогичное устройство 10 второго устройства связи 2 (приемной части системы) находится в положении приема. В средстве модуляции 3 сигналом S1 модулируется частота f, которая позволяет генерировать электрическое поле вокруг тела человека, напряженность которого, в непосредственной близости от тела человека, существенно больше напряженности поля излучения и поля индукции [3].
Модулированный сигнал с выхода средства модуляции 3 через управляемый усилитель 4 и устройство 5 переключения направления связи подается на электрод 8 генерирования электрического поля.
Изменения электрического поля вблизи тела человека, соответствующие информационному сигналу S1, фиксируются электродом детектирования 9 второго устройства связи 2 и принятый сигнал S2, через устройство 10 переключения направления связи подается на вход средства демодуляции 11.
Сигнал S2 на входе средства демодуляции 11 анализируется индикатором 13 уровня сигнала, который, в зависимости от амплитуды сигнала S2, формирует три уровня напряжения U1, U2 и U3, определяющие эффективность системы связи.
Появление уровня напряжения U1 и меньше на выходе индикатора 13 уровня сигнала свидетельствует о том, что сигнал на входе демодулятора 11 слаб и его недостаточно для срабатывания объекта управления 12. Кроме того, напряжения U1 недостаточно для переключения устройства 10 переключения направления связи с помощью устройства управления 15 в режим передачи.
В первом устройстве связи 1 устройство управления 7, не получив подтверждения о срабатывании объекта управления 12 от устройства связи 2, увеличивает коэффициент усиления усилителя 4 и повторяет передачу информационного сигнала S1 c большей мощностью.
Процесс увеличения коэффициента усиления усилителя 4 в первом устройстве связи 1 продолжается до тех пор, пока на выходе индикатора 13 уровня сигнала второго устройства связи 2 не появится напряжение U2.
Напряжение U2 на выходе индикатора 13 уровня сигнала свидетельствует о том, что сигнал на входе средства демодуляции 11 является оптимальным и его достаточно для срабатывания объекта управления 12.
В этом случае устройство управления 15 второго устройства связи 2 переключает устройство 10 переключения направления связи в положение передачи, а средство модуляции 14, на основе напряжения U2, формирует сигнал S3 для передачи его на той же частоте f через электрод 9 в первое устройство связи 1.
Принятый электродом 8 первого устройства связи 1 сигнал S3 через устройство 5 переключения направления связи, находящееся в положении приема, поступает на вход средства демодуляции 6, которое формирует на входе устройства управления 7 сигнал управления, пропорциональный напряжению U2. Появление данного сигнала на входе устройства управления 7 свидетельствует об оптимальном режиме работы системы связи и процесс настройки управляемого усилителя 4 прекращается.
В процессе работы системы связи, за счет изменения положения электродов на теле человека или его движений, возможны случаи, когда напряженность электрического поля вокруг тела человека увеличивается, что приводит к увеличению сигнала S2 на входе средства демодуляции 11. Увеличение уровня сигнала S2 фиксируется индикатором 13 уровня сигнала и на его выходе формируется напряжение U3. Средство модуляции 14 второго устройства связи 2 в этом случае формирует сигнал S4 для передачи его на той же частоте f через электрод 9 в первое устройство связи 1.
Принятый электродом 8 первого устройства связи 1 сигнал S4 через устройство 5 переключения направления связи, находящееся в положении приема, поступает на вход средства демодуляции 6, которое формирует на входе устройства управления 7 сигнал управления, пропорциональный напряжению U3. Появление данного сигнала на входе устройства управления 7 свидетельствует о возможности уменьшения коэффициента усиления усилителя 4 для оптимизации процесса связи и снижения энергопотребления в системе связи через тело человека.
Литература
1. Патент KR 10-2005-0100621 (25.10.2005), (аналог). Публикация WO 2007-049845 А2 (03.05.2007).
2. Патент KR 10-2007-0129774 (13.12.2007), (аналог). Публикация WO 2009-075420 A1 (18.06.2009).
3. Патент RU 2302699 С2. Система связи, (прототип). Опубликовано в БИ №19 от 10.07.2007 г.