基于ZigBee的无线医疗监控系统
2019-08-13黄秀珍陈渭力
黄秀珍 陈渭力
摘 要:随着通信技术的发展,无线医疗成为热点。基于ZigBee无线医疗传输系统,主要功能为采集人体生理指标数据,并通过无线网络通信的方式,将数据传输至桥接协调节点。利用心率血氧传感器和电子血压计采集人体血氧、脉博等数据,由CC2530协调器来传输ZigBee无线传输医疗传感器之间的数据,并由现场的一个桥接协调节点转发这些数据给远程的值班室医生,实时监测数据。
关键词:ZigBee技术 无线传感技术 医疗数据采集
中图分类号:TN919 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2019)05(a)-0013-02
随着计算机技术和通信技术的不断发展,智能家居、物联网行业技术的成熟,关注民生,关注医疗更加具有现实意义。无线医疗监控系统可以让老人在家中监测自己的脉博、血压等人体参数,传递到医生的电脑上,可以对其进行实时监控和管理,具有现实意义[1]。
ZigBee网络的数据传输速率低:10~250kB/s,低传输应用、功耗低是它的优点和特色。在低功耗待机模式下,普通2节5号电池可使用6~24个月。因其低功耗的特点,ZigBee已广泛应用于物联网行业,也应用于医疗行业。
该文设计出一种无线医疗监护系统,利用ZigBee无线传输医疗传感器之间的数据,并由现场的一个桥接协调节点转发这些数据给远程的值班室医生,减少了监护设备与医疗传感器之间的连线,使得被监护人能够拥有较多的自由活动空间,无须在家庭和医院之间奔波。
1 设计方案
在ZigBee无线医疗系统中,主要功能为采集人体生理指标数据,并通过无线网络通信的方式,将数据传输至桥接协调节点。主要包括2个模块:生理数据采集模块和数据传输模块。
生理数据采集终端实现对病人生理参数的采集和无线传输。生理数据采集传感器参数选择温度传感器、电子血压计、心率血氧传感器模块MAX30102,包括各类型的生理传感器和对应的前端采集及信号处理电路[2]。
数据传输模块的核心功能由TI公司的CC2530射频芯片完成。该模块将传感器采集到的生理参数通过ZigBee无线传输的方式发送出去,由桥接协调节点接收后再作进一步处理[3]。
在ZigBee无线传感器网络中有2种设备类型:协调器终端节点,设备类型是由ZigBee协议栈不同的编译选项来选择的。协调器主要负责网络组建、维护、控制终端节点的加入等。终端节点负责数据的采集,不具备路由功能。该系统终端节点采集生理数据,通过ZigBee协议无线传输给协调器,协调器通过串口来接收数据。
1.1 血压计采集模块
电子血压计采用XGZP6847型气体压力传感器模块。此模块外围所接的电路十分简单,因为电压信号在模块内部已经进行了放大,所以输出信号不需要进行放大,XGZP6847型气体压力变送器模块总共有6个引脚,其中的1、2、3脚都不需要外接其他电子元器件,4脚接+5V电源电压,5脚是信号输出引脚Vout,6脚接地。
因为有干扰和杂波,XGZP6847芯片5脚得到的信号Vout,通过低通或者带通滤波电路,能够去除因电路或者其他影响带来的信号干扰,从而得到干凈脉搏压与袖带压信号。
1.2 ZigBee无线传感器网络中的协调器模块
底板尺寸:5cm×5.1cm。串口通讯:自带USB转串口功能(PL-2303),minUSB、DC2.1电源座(5V)内正外负。功能接口:Debug接口,兼容TI标准仿真工具,引出所有IO口。并支持多种传感器即插即用,以及常用的串口引脚。5V、3.3V功能按键:1个复位,2个普通按键,组网时可手动入网和退网。LED指示灯:电源指示灯、组网指示灯、普通LED。串口收发指示灯LCD:支持OLED,显示更清晰。调试所见即所得(见图1)。
协调器收集各个ZigBee终端节点过来的人体参数,通过协调器把这些参数传到医生的客户端。该设计使用串口把数据传到医生的电脑上。
1.3 ZigBee模块
功能特点:(1)尺寸:2.5cm×2.6cm;(2)体积小,引出全部IO口,标准2.54排针接口;(3)工作的开放频段为2.4GHz;(4)16个传输信道,可根据用户选择合适的传输通道;(5)无线传输速率可达250kbps;(6)功耗:接收和发射电流约27.6mA;(7)使用2.4G全向天线,空旷直视传输距离达300m左右(见图2)。
人体采集模块连接在Zigbee终端模块上,比如心率血氧传感器模块、脉博采集模块等。通过Zigbee组网协议把数据发送到协调器上。
1.4 采集结果
桥接协调节点负责对无线网络的管理和对生理参数的转发。从而使得数据采集终端和桥接协调节点能够配合组建成满足上位远程监控中心要求的无线网络,实现了对人体生理参数的传输。
医生的电脑上接收各病人的生理参数,供医生查看以及做诊断等。图3是根据收集到的心率绘制的心率图。
2 结语
该文中所提出的设计方案,主要是针对医疗监护系统的无线传输网络进行着重研究。将开发的生理数据采集终端、桥接协调节点配合使用,在远程服务器端监控被采集者的脉博、心率等参数。该文为医疗监护系统研究和实施提出了具体的方案:将无线传感器网络进一步深入应用到医疗监护领域;提出了近距离无线和远距离有线相结合的方法,节约了成本,同时这种网络架构还可以扩展到其他领域。
参考文献
[1] 马碧春.无线传感器网络在医疗行业的应用展望[J].中国医院管理,2013(10):72-74.
[2] 高翠霞.医用传感器[J].哈尔滨医科大学学报,2015(4):84-86.
[3] 诸强,王学民,胡宾,等.无线远程医疗系统[J].北京生物医学工程,2014,23(3):225-227.
[4] 唐晓艳,金涛,洪英豪.ZigBee生命体征监测系统设计[J]. 福州大学学报,2015(5):642-647.
[5] 申玉宏,刘丽.ZigBee技术在人体生命体征监测系统中的应用[J].电子技术与软件工程,2014(24):126-127.