基于ZigBee的穿戴式医疗监护系统节点的设计与实现

《基于ZigBee的穿戴式医疗监护系统节点的设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、基于ZigBee的穿戴式医疗监护系统节点的设计与实现[导读] 目前，医院中的监护系统大多采用固定的医疗监护设备，通过线缆将传感器采集的人体生理参数传输至监护中心，这样的系统往往体积大、成本高，限制了病人和医护人员的行动，增加了病人的生理和心理负担，已经越来越不能 目前，医院中的监护系统大多采用固定的医疗监护设备，通过线缆将传感器采集的人体生理参数传输至监护中心，这样的系统往往体积大、成本高，限制了病人和医护人员的行动，增加了病人的生理和心理负担，已经越来越不能满足当今实时、连续、长时间地监测病人体征参数的医疗监护需求。随着微电子技术、传感器技术和通信技术的飞速发展

2、，新兴的穿戴式医疗监护系统正越来越受到人们的关注，本文就针对穿戴式医疗系统的发展现状，应用ZigBee技术，设计并实现了一种穿戴式医疗监护系统节点，该节点能够实时获取人体体温、脉搏、身体姿态等信息并以无线的方式传送至协调器，达到医疗监护的目的。1穿戴式医疗监护系统整体设计ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低成本的无线网络技术，广泛应用于各种无线传感器网络的搭建。图1为一个典型的基于ZigBee技术的医疗监护系统，其中由网络协调器建立ZigBee网络，穿戴式传感器终端上电后自动加入该网络，若通信距离较

3、远，可以采用多跳的方式加入网络。穿戴式传感器终端实时采集人体的重要生理信号，经过简单处理后发送给网络协调器。网络协调器将收到的信息转发给汇聚节点，最后汇聚节点将网络中所有的传感器信息汇总打包后发送给监护中心计算机，供医护人员查看、分析。本文的重点是介绍该网络中的穿戴式传感器终端的设计。2穿戴式传感器终端节点的硬件设计2.1穿戴式传感器节点系统硬件总体设计穿戴式传感器节点以网蜂公司的CC2530核心板为基础研制，硬件结构图如图2所示。系统选用TI公司的CC2530作为微控制器，该芯片集成了兼容ZigBee协议的射频模块以及一个增强型8051内核的单片机，可以运行TI

4、的Z—Stack协议栈，为系统的软硬件设计提供了极大的便利。考虑到测量的便利性以及减少受试者的佩戴负担，系统采用非接触式人体红外温度测量传感器MLX90615检测人体体温，使用反射式脉搏传感器模块获取人体脉搏数据。同时，系统使用ADXL354加速度计实时检测人体姿态，对于跌倒等意外情况及时发送报警信息。穿戴式传感器节点还加入了低功耗Nokia5110LCD显示器、LED、按键，可以与受试者进行简单的交互，如显示时间、提醒服药、呼叫医护人员等。2.2电源设计作为穿戴式设备，系统必须使用电池供电。为了在保证足够续航时间的前提下尽量减小佩戴着的负担，系统选用能量密度较高

5、的锂电池供电。同时，考虑到穿戴式传感器节点在电池电量耗尽时应尽快恢复工作，系统选用了便于更换的7号3.7V/650mAh锂离子电池。由于系统选用的CC2530、MLX90615、ADXL345等芯片均需要3.3V供电电压，3.7V的锂电池无法直接为这些芯片供电，故采用高精度稳压芯片HT7533与10μF的钽电容组成可靠的降压电路，获得稳定的3.3V为系统供电。2.3传感器电路设计系统采用非接触式人体红外温度测量传感器MLX90615检测人体体温，该传感器由Melexis设计生产，具有极高的测量精度。该传感器为TO-39封装.其中集成了对红外灵敏的热电堆探测器芯片和

6、信号处理ASSP(专用集成电路)芯片，能够通过基于I2C总线规范的SMBus接口直接输出温度数字量，从而极大简化了系统电路设计。该传感器外围电路设计如图3所示，VCC为芯片提供所需的3.3V工作电压，同时为减小外界信号的干扰，在电源和数字地之间加入0.1μF去耦电容。I2C总线的数据线SDA和时钟线SCL分别通过10kΩ电阻上拉至VCC，之后连接于CC2530芯片的P0.1与P0.2引脚。由于CC2530不具有硬件I2C接口，故采用模拟通信时序的方式读写MLX90615的RAM和EEPROM，从而得到人体体温数据。本系统使用一个简单的反射式光电脉搏传感器模块来检测

7、受试者的脉搏，该模块成本较低、性能稳定，其电路原理图如图4所示。其基本原理是依据光电容积法检测由于心脏泵血引起的人体末端毛细血管的体积变化，从而间接测量出心脏的跳动情况。该模块选择了模拟输出的APDS-9008环境亮度传感器。该传感器在设计上紧贴人眼的光谱响应曲线，对于波长500nm左右的绿光尤其敏感，故本电路选择了绿色LED作为反射光源。APDS-9008输出电流信号，通过一个12kΩ的电阻进行I/V变换，得到的信号进入无源低通滤波网络，滤除高频干扰后经过一个基准电压为VCC/2的反向比例放大电路放大后输出。CC2530通过内置的A/D转换器以100Hz的采样频

8、率获取该模