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基于ZigBee可穿戴传感器的医疗监护系统设计

本文摘要:概要:为了构建医疗设备的微型化、医疗监护的无线化,设计基于ZigBee可穿着传感器的医疗监护系统,它需要不断扩大病人的活动空间,减低监护人员的工作强度,减少医疗费用。系统使用病区/监护中心两层结构,利用可穿着传感器收集病人体温、脉搏等生理参数,数据经过处置后送来至无线通信模块,最后由ZigBee无线网络传输至监护中心。经过实验取得了病人生理参数,并与传统测量结果展开了对比。 结果表明,系统平稳、可信,很好地构建了病人生理参数的收集、传输和表明,合乎设计拒绝。

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概要:为了构建医疗设备的微型化、医疗监护的无线化,设计基于ZigBee可穿着传感器的医疗监护系统,它需要不断扩大病人的活动空间,减低监护人员的工作强度,减少医疗费用。系统使用病区/监护中心两层结构,利用可穿着传感器收集病人体温、脉搏等生理参数,数据经过处置后送来至无线通信模块,最后由ZigBee无线网络传输至监护中心。经过实验取得了病人生理参数,并与传统测量结果展开了对比。

结果表明,系统平稳、可信,很好地构建了病人生理参数的收集、传输和表明,合乎设计拒绝。  0章节  随着科学技术的发展,医疗卫生事业也获得了相当大的变革,但目前医院的大部分医疗设备仍是基于传统的有线方式,接线繁复、体积轻巧,设备不便于移动,也有利于远程操作者。同时,众多附于病人身体的设备分析仪,不会导致病人的紧绷情绪和心理开销,使得检测结果与真实情况不存在一定偏差,影响病情的精确临床。

针对目前大部分医疗设备接线繁复、功能单一的问题,本文设计了基于ZigBee技术的可穿着传感器监护系统,可穿着传感器收集病人生理参数后,由ZigBee网络传输至监护中心,可供工作人员展开更进一步分析。  1ZigBee概述  ZigBee是一种无线通信技术,其协议基于IEEE802.15.4标准。该协议的结构从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)和应用层(APL)。目前,较为成熟期的短距离无线通信技术,还包括红外(IrDA)、蓝牙(Bluetooth)、Wi-Fi等,都有自己的优点和应用领域。

但针对医疗监护领域,ZigBee具有无以替换性,其仅次于优势在于组网便利,可以构建多个网络节点管理,且网络规模很大,几乎需要符合对若干病人展开监护和管理的拒绝。  2系统结构  监护系统使用病区/监护中心两层结构,产于在病区的可穿着传感器利用敏感元件收集病人生理参数,通过ZigBee无线网络将数据发送给网络协商器,然后协商器将接管的数据传输至与之连接的上位机,系统架构闻图1。  图1系统架构  3系统硬件设计  系统硬件主要由无线传感器、网络协商器和上位机三个部分构成。无线传感器负责管理收集病人生理参数和数据发送到;网络协商器负责管理数据接管以及与上位机通信;上位机负责管理数据表明。

  3.1无线传感器  如图2右图,无线传感器主要还包括敏感元件、数据处理模块、无线通信模块和电源模块。敏感元件负责管理收集病人生理参数;数据处理模块负责管理对收集信号展开预处理,以合乎单片机对输出信号的拒绝;无线通信模块由51单片机和射频芯片构成,负责管理整个传感器的任务分配与调度、数据统合与传输等。  图2无线传感器结构图  3.1.1敏感元件与数据处理模块  本系统集成了多种医疗监护传感器,可以测量体温、脉搏、血氧、血压等生理参数。

仅限于篇幅,本文以脉搏为事例,阐释整个系统的工作原理和设计方法。脉搏测量的基本原理是:人体的组织(手指)的半透明度不会随着心脏的跳动而再次发生周期性的转变。当血液送往人体的组织时,的组织的半透明度增大;当血液转往返心脏,的组织的半透明度减小。因此,本系统的脉搏收集模块用红外升空二极管产生的红外线照射手指,然后用另一侧的接管三极管来捕猎通过手指的光信号强度,接管管的偏移电流与发射管的光照强度成线性关系,这样可以把光信号转换成电信号(电流)。

  信号收集用于的敏感元件是红外升空二极管IR928-6C和与之筛选的光敏三极管PT928-6C,具备较低工作电压、低稳定性、高可靠性等特点。如图3右图,通过电阻R16将流到二极管的电流掌控在20mA左右,根据接管的光信号强度转换成电流(mA级),通过负载电阻R17转换成电压,人体脉搏大约是50~200次/min,对应的频率大约为0.83~3.34Hz,归属于低频信号,电路中使用R17和C14来已完成杂讯高频阻碍的任务。  图3信号收集电路  由于人体电信号具备电阻低、信号很弱、频率低等特点且正处于相当严重的背景噪声之中,因此必须对收集转化成的电信号展开预处理,这既为了确保信号仅次于程度的保真性,也便利先前更进一步的数据处理。  如图4右图,数据处理电路还包括信号滤波缩放和整形两个环节。

  图4数据处理电路  滤波缩放环节中,首先用于C15、C16背靠背串联构成的双极性耦合电容包含一个非常简单的光电隔绝电路,构建对于外部阻碍光线的隔绝并设计了由LM324A、R18、C17构成的低通滤波器,截止频率大约为,可更进一步除去高频干扰信号。由于收集转化成的脉搏电信号(电压)较为小,一般在mV级,通过R18和R23包含的放大器把收集的脉搏信号缩放200倍左右,已超过V级。  整形环节中,信号通过较为器LM324B将正弦波转换成方波,利用R30电位器可以构建将较为器的阈值调定在系统工作电压范围内。

接下来,从LM324B的插槽输入的方波信号经C19、R25包含的微分电路处置沦为正负相间的钝脉冲。LM324D获取参照电压,再行经过LM324C之后就变为系统所需的标准脉搏脉冲信号了。

最后将脉冲信号送往无线通信模块。


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