無線體域網WBAN的人體健康指標實時監測系統

摘 要： 在此介紹一種便攜式的人體健康指標實時監測系統，該系統以無線體域網（WBAN）構建網絡，以MSP430單片機為核心，采用NELLCOR公司的指夾式血氧探頭改造后采集血氧及脈搏信號，采集的信號經單片機處理后通過cc2530ZigBee模塊定時發送到液晶屏上進行顯示。當人體數據超標時可通過GPRS模塊以發短信方式發到指定手機上。此系統所采用設備可便攜在人體，體積小，測量精度較高。此系統可對人體數據實時監控與遠程監控。

關鍵詞： MSP430單片機； CC2530ZigBee模塊； GPRS模塊； 指夾式血氧探頭； 體域網

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）18?0128?03

0 引 言

隨著社會經濟的發展及科技的進步，老年人群對醫療器械的測量精度和使用方便度的要求日益提高。對人體血氧、脈搏的檢測可直接反應一些人體的健康狀況，也是醫院中對一些病人必須實時檢測的數據。但傳統人體檢測儀體積較大、連線較多，病人攜帶起來極不方便，且無法讓遠處的醫護人員及家人得知病人的安全情況。為此，筆者設計一款基于無線體域網（Wireless Body Area Network，WBAN）的可隨身攜帶的人體數據實時檢測系統。無線體域網（Wireless Body Area Network，WBAN）是附著在人體身上的一種網絡，由一套小巧可移動、具有通信功能的傳感器和一個身體主站（或稱BAN協調器）組成。目前WBAN仍處于早期發展階段，在低功耗、傳感器測量精度、數據安全性等方面存在一些挑戰[1]。國際上已經開展了對WBAN的廣泛研究，然而多數論述了WBAN的實現框架，而對其具體實施方案提及不多，本文著重對系統的實現具體方案給出了較為詳盡的描述。

1 系統設計方案及原理

1.1 系統設計方案

血氧探頭的核心由兩個發光二極管與一個光敏二極管構成[2]，人體的信息包含在光敏二極管的接收到的光強之中，設計一個電流電壓變換電路將采集的電流轉化為電壓數據傳送給單片機進行ADC采樣[1]。數據經處理后通過CC2530ZigBee模塊傳遞給液晶屏進行顯示[3]，數據超標時，數據發送給GPRS模塊發送短信給監護人。

1.2 系統原理

原理框圖如圖1所示[4]。

1.3 數據采集原理

1.3.1 簡 述

無創人體血氧飽和度、脈搏的檢測主要是以朗伯——比爾定律為基礎，利用近紅外光譜吸收光光度測定原理[5]。人體的血液可看作是含有多種物質的溶液，由于溶液中不同成分對光的吸收率不同，通過測量穿過溶液的不同光線衰減程度就可以計算出溶液中各成分的含量，利用這一方法就可以計算出人體血液中氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白的含量，由此可計算出人體血氧飽和度的數值，而脈搏的頻率信息也包含在隨血液波動的周期性光強變化中。

1.3.2 朗伯?比爾定律

2 硬件電路[6]

2.1 電流電壓轉換電路

2.2 LED驅動電路

2.3 [12VCC]參考電壓電路

2.4 40 dB直流耦合放大電路

2.5 20 dB交流耦合放大電路

2.6 低通濾波電路

2.7 比較整形電路

4 結 語

本文介紹了一種供老年人使用的便攜式醫療監控系統。該系統以MSP430單片機[9?10]為核心，使用高精度傳感器采集人體血氧、體溫信號，由ZigBee模塊構建起體域網[11]，并可通過發短方式實現遠程報警。此系統攜帶方便、功耗低、測量精度高，對醫院傳統人體測量儀器具有可替代作用，易于推廣，具有廣闊商業前景。

參考文獻

[1] 張青春，鄒衛霞，李斌，等.醫療體域網研究進展[J].中國醫療器械雜志，2012，36（2）：114?117.

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[4] 李繼燦.微機原理與接口技術[M].北京：清華大學出版社，2011.

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[11] 曹巧媛.ZigBee無線網絡技術入門與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.