基于ZigBee技術的便攜式心率計的設計

武漢輕工大學電子與電氣工程學院 李戰勝 萬葉麗

基于ZigBee技術的便攜式心率計的設計

武漢輕工大學電子與電氣工程學院 李戰勝 萬葉麗

針對目前我國的醫療狀況，本文介紹了一種利用ZigBee技術實現的心率監測設備，該儀器主要采用的控制器是TI公司研究的無線射頻芯片CC2430，采用光電傳感器作心率傳感器使用，將人的心率即脈沖信號轉換成電壓信號。該系統整體由五個部分組成：分別是心率信號采集與轉換部分、處理、顯示、報警和無線傳輸部分。再利用ZigBee無線技術將數據傳送出去，從而可以實現遠程測量，為遠程醫療提供有利的條件。經過實際測試，該系統不但可以準確地測量不同人群的心率，而且便于攜帶，體積小，成本低。

ZigBee技術；CC2430；便攜式心率計

1 引言

目前,我國的人口眾多,其中老年人更多,老齡化現象比較嚴重,而老年人的身體狀況也為我們提出了比較嚴峻的課題,采用什么措施對于老年人身體狀況進行實時的檢查也是迫在眉睫,這個檢查可以有效地發現一些突發性疾病,對于老年人健康有很大的幫助,并且我國的衛生資源分配不太均勻,城市和沿海比較密集,但是一些偏遠地區看病就比較困難,為了解決這些問題,很多措施被運用起來,其中遠程醫療被提了出來,通過無線技術的運用,就可以使得不同地區的人享用我國的醫療條件,而且可以提醒個人時刻注意自己的身體問題。針對這一情況,本文提出了一個采用ZigBee無線技術的便攜式心率測試設備,該儀器不但能夠運用到普通家庭中準確監測人們的心率狀況,而且還采用了無線傳輸的技術,從而能夠進行遠程測量心率,為遠程醫療提供了一個比較新的思路。

2 整體設計方案

系統整體設計框圖如圖1所示:

圖1 系統結構框圖

該系統共分為三個部分。

(1)信號轉換部分:在這部分里,采用光電傳感器作心率傳感器使用,將人的心率即脈沖信號轉換成電壓信號,為信號的采集做好準備;

(2)信號處理部分:由于光電傳感器輸出的電壓信號較弱,因此要進行相應的放大處理和濾波,包括前置放大和后級放大器部分,濾波采用低通和高通濾波電路;

(3)信號采集及無線發送部分:采用芯片CC2430作為控制器,可以進行數據處理,門限比較報警。也可以在LCD上顯示,并通過ZigBee技術利用無線通信方式將數據發送給上位機。

3 控制器部分設計

本心率計側重于便攜式即方便攜帶,并且可以實現遠程測量,所以經過分析,選用美國的TI公司研發的芯片CC2430作為控制器部分,在CC2430芯片上集成了CPU、存儲器、常用外設和RF射頻部分。該芯片有1個8位CPU, 32MHz的主頻,可編程FLASH有128KB以及容量為8KB的SRAM,另外芯片資源也非常豐富。

4 ZigBee無線傳輸方式的確定

目前,在短距離的無線傳輸方面,主要有藍牙技術,紅外技術,WiFi和ZigBee技術,其中現在常用的藍牙技術采用的是點對點的傳輸,穿透性較強,而且還支持多種設備;而利用紅外線傳輸的應用也比較多,在一般的打印機中均有其蹤跡; WiFi在家庭的無線網絡用運用較廣,但是成本較高。而 ZigBee技術實現的無線傳輸與其他三種技術相比,結構更加簡單,并且功耗低,成本也不高,在一些智能儀器方面運用較廣。因此在本系統的設計中主要采用ZigBee無線通信技術。

5 ZigBee介紹

Zigbee是以IEEE 802.15.4為基礎的。但IEEE標準僅處理低級MAC層和物理層協議,所以Zigbee聯盟將IEEE協議進行一定的擴展,并對其網絡層協議和API進行了標準化。Zigbee可以在數千個微小的傳感器之間相互協調實現通信。這些傳感器只需要很少的能量,就可以接力的方式通過無線電波將數據從一個傳感器傳到另一個傳感器,所以它們的通信效率非常高。在整個網絡范圍內,每個網絡節點間的距離可以從標準的75米,到擴展后的幾百米,甚至幾千米;另外整個Zigbee網絡還能夠實現與現有的其它的各種網絡進行連接。從而更能提高其應用性。

圖2 協議器工作流程

6 無線傳輸部分工作流程

協議器是無線傳輸的核心,在本系統中,協議器主要負責采集整個Zigbee網絡的傳感器數據,并通過無線電波將數據傳輸給相應的網絡節點。其中協議器工作流程如圖2所示,首先新建一個新的無線網絡,然后進行監聽和等待,確定是否有入網的請求,如果有請求,就為子節點分配相應的地址,沒有請求繼續等待,分配好地址后,通過眾多傳感器接收監測到的心率信號,并將其發送給當前的PC機進行處理。

7 結束語

本文介紹了一種利用ZigBee技術實現的心率監測設備,不但能實時監測人的心率情況,為疾病的診斷提供了有力的證據,而且能夠運用Zigbee技術將心率數據傳送出去,為遠程醫療貢獻一點力量,經過實際測試,該設備不但能在不同情況下對測試人群進行實時心率的監測,還能進行相應的遠程傳輸。

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李戰勝（1978—），男，武漢輕工大學教師，碩士，副教授，研究方向：嵌入式系統的開發。