基本信息
- 项目名称：
- 基于 ZigBee非接触式电鳗放电电量监测系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本设计考虑电鳗的游动性，使用无极性电容作为非接触式电荷收集元件。电鳗放出的电信号经水体的降压后非常微弱，处于mV-V级，并且周围存在大量干扰。从大幅值的干扰信号中提取微弱信号是本设计的关键。在信号的提取部分借鉴了心电监测系统的设计思路，完成信号的保真并去除部分干扰。在信号的处理部分创新地使用了ZigBee无线收发模块，提高了系统的抗干扰能力，同时解决了采集端和接收端的电源共地串扰问题。
- 详细介绍：
- 电鳗放电电压的检测处于空白阶段，本设计基于大量的现场测试。考虑电鳗的游动性，使用无极性电容作为非接触式电荷收集元件。电鳗放出的电信号经水体的降压后非常微弱，处于mV-V级，并且周围存在大量干扰。从大幅值的干扰信号中提取微弱信号是本设计的关键。在信号的提取部分借鉴了心电监测系统的设计思路，完成信号的保真并去除部分干扰。在信号的处理部分创新地使用了ZigBee无线收发模块，提高了系统的抗干扰能力，同时解决了采集端和接收端的电源共地串扰问题。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本作品旨在对电鳗放电情况做出实时监测及分析。本作品填补了电鳗放电电压检测方面的空白，并为生物放电现象的研究奠定了基础。充分考虑处理信号的特殊性，本作品的设计分为电量采集电路、差分信号放大电路、减法运算电路、滤波处理、信号处理及传送、上位机显示等6部分。本作品最大的创新在于将无线收发模块应用到系统中，此法使信号采集部分与信号处理部分物理上不连通，从根本上解决了采集端与接收端的共地串扰问题。
科学性、先进性
- 目前电鳗放电电压的检测处于空白阶段，本作品的设计基于大量的现场测试及资料的基础之上。考虑电鳗的游动性，使用无极性电容作为非接触式电荷收集元件。电鳗放出的电信号经周围水体的降压后非常微弱，处于mV-V级。周围的电磁现象、供电设备等均对电鳗放出的微弱电信号造成干扰，因此，如何从大幅值的干扰信号中提取微弱信号成为品设计的关键。目前，医学生物电的检测比较成熟，本设计在信号的提取部分借鉴了心电监测系统的设计思路，完成信号的保真及去除部分干扰的目的。但在信号的处理部分创新地使用了ZigBee无线收发模块，从而显著地提高了系统的抗干扰能力，同时解决了采集端和接收端的电源共地串扰问题。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 继续开发阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 图片，视频，模型，实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品具有操作简单、功耗低、抗干扰能力强、传输距离远、无需人工坚守等优势。国内各类具有电鳗等放电生物展示的海洋馆、水族馆都未安装类似产品，本产品具有广阔的市场前景。本产品可以让游客真切、直观地体验到电鳗放电的神奇，给游客带来刺激感。因此，本产品的引进必定会为海洋馆带来很大的经济收益。此外，本产品可以作为放电生物研究领域的辅助研究器材。综上分析，本产品具有巨大的市场潜力。
同类课题研究水平概述
- 目前，生物电的研究日渐深入，人们在研究生物电机理的同时也很重视生物电的应用研究工作。现在已发展起了利用脑电位,肌电位,心电位来诊断病情的脑电图技术,肌电图技术,心电图技术等。大多研究生物电的学者都致力于人类医学信号的采集与处理(如心电、脑电、肌电等生物电信号)，但对于放电生物（如电鳗）的电信号检测还属于探索和研究阶段。 生物电是一种频率极低、幅值较小的信号，且容易受到50Hz工频的干扰。因此，生物电信号的检测要求系统具有极高的分辨率、较宽的动态范围和较强的噪声抑制能力。人类在生物电的研究方面做了大量的工作。李刚在《高性能多通道生物电放大》中介绍了两种结构简单、性能良好的高输入阻抗差分生物电放大器，并对并联型和串联型的多通道生物电放大器进行了比较分析。此生物电放大器对共模干扰信号具有较强的抑制作用，但是对极化电压所产生的干扰却无法抑制。之后，通过引入高精度A/D转换器和低增益直流放大器，消除了极化电压和基线漂移对生物电放大器的影响。对于工频50Hz干扰的问题，我们可采用软件方法将其滤除。但是在干扰信号较强时，干扰信号仍可使生物电放大器达到饱和状态。李窦哲在《高性能多通道生物电测量电路设计与参数自动调试》中设计了一种由低通滤波器和高通滤波器构成的50Hz陷波器，有效的抑制了工频干扰问题。对于如何提高抗工频干扰能力和抗静电干扰能力的问题，胡放鸣在《关于生物电测量前置放大器接地技术的分析》中通过两电极测试法和三电极测试法，对生物电前置放大器的接地问题进行了比较分析，其中三电极地悬浮测试法具有较强的抗工频干扰能力和抗静电干扰能力。朱大缓在《非接触式心电检测系统的研究》中分别采用非接触式的方法，对心电检测和颅内水肿血肿等现代医学领域进行了研究。
