基于ZigBee的人体运动参数采集与分析系统设计

秦红波

（武汉工程大学管理学院，湖北 武汉430205）

杨晓婧，蒋志昭

（武汉工程大学电气信息学院，湖北 武汉430205）

随着社会的进步，人们对于自身健康状况越来越关注，如何通过高技术手段为其提供方便快捷的健康监测服务是重要研究课题［1－2］。目前，市面上现有的人体健康参数测量仪大都只测量人体的某一个参数，一般采取存储式的非实时模式完成参数采集或使用有线方式来传输数据［3－4］，因而无法满足要求。为此，笔者对基于Zig Bee的人体运动参数采集与分析系统进行了设计，将无线传感网络应用到健康人体运动参数监测中，实时采集各类人体运动参数，结合上位机及其后台数据库，全面系统地记录和分析人体的运动状况，从而实现人体健康的智能化管理。

1 系统整体设计

人体运动参数采集与分析系统主要由ZigBee无线传感器节点、ZigBee协调器和上位机监控平台组成，其整体框架如图1所示。

图1 人体运动参数采集和分析系统框图

Zig Bee无线传感器节点主要负责采集人体运动时的温度、加速度、脉搏数据，经数据处理后得出相应能耗，通过网状网络将采集的数据直接发送至ZigBee协调器，或由其他传感器节点转发至ZigBee协调器；Zig Bee协调器负责为传感器节提供路由信息，接收采集的数据，并将接收到的数据通过USB传送到监控平台；监控平台负责汇总各个Zig Bee无线传感器节点采集的数据，同时存入后台数据库，以便进行更细致的分析和管理。

图2 ZigBee无线传感器节点组成图

2 系统硬件设计

2.1 ZigBee无线传感器节点

ZigBee无线传感器节点主要由TI公司生产的CC2530芯片与射频电路、外围电路、电源模块、各类传感器和显示模块组成（见图2）。CC2530芯片集成了业界领先的射频收发器、增强型的8051 MCU、256KB Flash和8KB RAM，其可编程输出功率可达4.5d Bm，且有很高的抗干扰性能和接收灵敏度。为了实现人体运动参数的采集，选用的传感器包括温度、脉搏及加速度传感器，其中温度传感器采用DS18B20，HKG－07B红外脉搏传感器，加速度传感器采用MMA7455L，显示器采用12864液晶。

图3 ZigBee协调器组成图

2.2 Zig Bee协调器

由于Zig Bee协调器在Zig Bee网络中工作时间和工作量最大，因此需要外部电源供电以保证系统运行的稳定性和可靠性。Zig Bee协调器与无线传感器节点的组成基本一致，只是少了传感器模块，另外增加了USB接口与上位机通信。Zig Bee协调器组成图如图3所示。

3 系统软件设计

3.1 Zig Bee传感器节点

Zig Bee无线传感器节点是作为Zig Bee网络中路由和采集功能的节点，需要执行协调器的控制命令，容许接收其他无线传感器节点发来的数据且通过其加入网络。此外，完成数据采集后将3个加速度参数进行处理后转换得到能耗量，最后将结果进行显示，同时反馈至协调节点或由其他路由节点转送至协调节点。Zig Bee无线传感器节点程序流程图如图4所示。

3.2 ZigBee协调器

Zig Bee协调器负责组织建立Zig Bee网络并为加入到网络中的各个采集节点分配网络地址，允许各采集节点的加入和离开，建立和维护绑定、路由信息，接收ZigBee无线传感器节点的反馈信息，最后通过USB串口连接到上位机。Zig Bee协调节器的软件工作流程图如图5所示。

4 系统测试

为了检测人体运动参数采集与分析系统的实际运行情况，利用该系统对14位大三学生的能耗、脉搏和体温进行测试（见图6）。结果表明，每个学生的人体运动参数能够即时显示并同步存入数据库中各自的参数信息表，说明该系统运行情况良好，具有可行性。

图4 ZigBee无线传感器节点程序流程图

图5 ZigBee协调器程序流程图

图6 人体运动参数检测与分析系统监控平台通信显示图

5 结语

设计了由无线传感网络和上位机监控平台共同构成的2层分布式人体运动参数采集与分析系统，将在线测试技术与数据库技术结合来实现查询功能，为全面、系统地分析和管理人体健康状况提供了一种解决方案，具有很好的实用价值。

［1］白净，张永红.远程医疗概论 ［M］.北京：清华大学出版社，2000.

［2］余海钱，廖海洋，王涵 .基于MEMS技术和无线射频网络的人体健康参数采集系统 ［J］.传感技术学报，2006，21（10）：2100－2102.

［3］熊俊俏，余贤捷.便携式人体运动参数记录仪的设计 ［J］.测控技术，2013，32：4－6.

［4］洪旭，陈峰.基于MMA7455L的汽车加速度数据采集系统设计 ［J］.科学技术与工程，2013，5（2）：25－27.