基于ZigBee無線傳感網絡的光電脈搏心率監測系統

潘 毅

（岳陽職業技術學院，岳陽 414000）

信息化時代的縱深發展，促使現代信息技術逐漸深入到社會生產生活的多個領域當中，帶動了諸多行業領域生產經營方式的改進及優化，尤其實現了對于醫療行業的有機滲透。其中，逐漸被醫療行業廣為應用的ZigBee無線傳感網絡，屬于短距離、低功耗的局域網技術，將其應用于醫療行業領域，有利于開發研制光電脈搏心率監測系統，以便及時采集到患者的心率數據，輔助醫生做出最符合實際的診療判斷。

1 基于ZigBee無線傳感網絡的光電脈搏心率監測系統硬件設計

1.1 系統總體架構設計

本文所論述的基于ZigBee無線傳感網絡的光電脈搏心率監測系統，主要運用透射型光電傳感器設備來采集患者的心率數據，再借助ZigBee無線傳感網絡技術及時將采集到的心率數據，反饋到聯網監控中心系統。這項監測系統的另一端主要被放置在每個病房特定的區域，主要負責采集病房里每一位患者的生命體征信息，再通過分散布置在不同位置的路由節點，共享傳輸整合的數據信息。所應用到的傳感器設備，可以是能夠用來讀取手指反射信息的紅外發光二極管，配合光敏三極管將其轉化成電信號，從而了解手指動脈的血液循環情況，間接通過動脈的脈動讀取到心率的實時變化信息[1]。

1.2 系統硬件總體設計

光電脈搏心率監測系統的微處理器可以選用CC2530型號，以便配合外圍的線路設備，形成能夠驅動多項功能正常運轉的操作程序。在設計系統核心硬件電路的時候，可以選用具有LC分立元件的巴倫天線，及時將差分信號轉化為單端信號，提高系統監測讀取脈搏心率數據的效率。至于ZigBee無線傳感網絡的三項節點，在選擇CC2530處理器之后，要確保外圍電路的連接情況整體上能夠具備一致性。接著，考慮到ZigBee無線傳感網絡主要是短距離的傳輸，為了滿足點對點傳輸數據對于距離的基本要求，可以適當使用CC2591型號的距離拓展芯片，構成光電脈搏心率監測系統的功率放大器以及低噪聲方法器，以此降低干擾信號對于系統監測脈搏心率性能的影響。

1.3 系統數據采集電路

數據采集電路的具體設計方式，屬于ZigBee無線傳感網絡光電脈搏心率檢測系統硬件設計的關鍵環節。至于數據采集電路的設計，可以運用紅外線發射二極管以及接收三極管裝置，夾在患者的手指間監測血液的流量情況，等到血液的飽和達到一定程度后，理論上來說裝置會發出能夠與心跳節拍相對應的反饋信號，從而在經過過濾及放大處理之后，準確測量到脈搏心率的變化特征。一般來說，所運用的R25型號360Ω三極管感應紅外光具有較高的靈敏度，能夠準確甄別有脈搏和無脈搏的監測條件，前提是R25的功率不宜過小，不然在傳感器設備感應不到手指的時候，就會導致輸入端的直流電壓產生劇烈變化。

2 基于ZigBee無線傳感網絡的光電脈搏心率監測系統軟件設計

2.1 系統協議棧的設計

全面設計基于ZigBee無線傳感網絡的光電脈搏心率監測系統，有利于從整體上查看ZigBee協議棧結構的大體分布情況，從而考慮涉及到ZigBee定義的網絡類型。一般來說，在設計光電脈搏心率監測系統時所選用的網絡，一定程度上具有記憶功能，利用Z-Stack協議棧便可以構建執行操作系統，此后再利用輪詢機制對監測事件進程全面處理。等到系統每個節點的設備都被激活以后，就可以將休眠模式切換掉，先進行脈搏心率的監測，等到工作任務完成之后再繼續轉入低功率的休眠模式，降低整個系統在待機及應用環節的功率消耗。

2.2 系統網絡性能測試

對于ZigBee一類的短距離無線網絡傳輸來說，傳輸距離屬于容易影響到系統實際實用性能的重要評估指標，在應用的時候勢必要加以權衡。因此，要測試本文論述的光電脈搏心率監測系統，在室內或者室外不同環境條件下，系統的節點設備所能夠服務的傳輸距離。經過網絡性能測試之后發現，本次具有CC2530終端節點的光電脈搏心率監測系統，若是在正常的醫院室內環境條件下，能夠服務的實際通信距離大約能夠達到60m左右，此外還有最多能夠跨越1～3個病房的信號距離，這說明該系統基本能夠滿足醫療人員的臨床使用需求[2]。

2.3 系統采集性能測試

測試光電脈搏心率監測系統所能夠具備的數據采集功能，屬于最為關鍵、最為核心的檢測環節，畢竟關系著系統的設計能否符合設計預期需求。在選擇10位正常人以及10位病患者的基礎上，運用了至少兩種測試設備監測10min的心率數據，最終發現采集到的正常人組以及病患人組心率誤差、方差并不是很大，這說明本文所述的基于ZigBee無線傳感網絡的光電脈搏心率監測系統，在采集心率數據的時候具備可靠性。

3 結束語

綜上所述，本文所述的基于ZigBee無線傳感網絡的光電脈搏心率監測系統，具備采集、輸送、顯示以及存儲心率信息的多項功能，一定程度上有助于應對看護患者成本高、病情監測不及時等問題。在此基礎上，最終對研發出來的光電脈搏心率監測系統進行了多種形式的性能測試，發現本次探討的光電脈搏心率監測系統，基本符合ZigBee技術的特征，初步具備一定的臨床實用價值，未來還需進一步做好技術把控。