黃秀珍 陳渭力
摘 ?要:隨著通信技術(shù)的發(fā)展,無線醫(yī)療成為熱點?;赯igBee無線醫(yī)療傳輸系統(tǒng),主要功能為采集人體生理指標(biāo)數(shù)據(jù),并通過無線網(wǎng)絡(luò)通信的方式,將數(shù)據(jù)傳輸至橋接協(xié)調(diào)節(jié)點。利用心率血氧傳感器和電子血壓計采集人體血氧、脈博等數(shù)據(jù),由CC2530協(xié)調(diào)器來傳輸ZigBee無線傳輸醫(yī)療傳感器之間的數(shù)據(jù),并由現(xiàn)場的一個橋接協(xié)調(diào)節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)這些數(shù)據(jù)給遠程的值班室醫(yī)生,實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵詞:ZigBee技術(shù) ?無線傳感技術(shù) ?醫(yī)療數(shù)據(jù)采集
中圖分類號:TN919 ? 文獻標(biāo)識碼:A ? ? ? ? ? ?文章編號:1672-3791(2019)05(a)-0013-02
隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展,智能家居、物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)技術(shù)的成熟,關(guān)注民生,關(guān)注醫(yī)療更加具有現(xiàn)實意義。無線醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)可以讓老人在家中監(jiān)測自己的脈博、血壓等人體參數(shù),傳遞到醫(yī)生的電腦上,可以對其進行實時監(jiān)控和管理,具有現(xiàn)實意義[1]。
ZigBee網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率低:10~250kB/s,低傳輸應(yīng)用、功耗低是它的優(yōu)點和特色。在低功耗待機模式下,普通2節(jié)5號電池可使用6~24個月。因其低功耗的特點,ZigBee已廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè),也應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)。
該文設(shè)計出一種無線醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng),利用ZigBee無線傳輸醫(yī)療傳感器之間的數(shù)據(jù),并由現(xiàn)場的一個橋接協(xié)調(diào)節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)這些數(shù)據(jù)給遠程的值班室醫(yī)生,減少了監(jiān)護設(shè)備與醫(yī)療傳感器之間的連線,使得被監(jiān)護人能夠擁有較多的自由活動空間,無須在家庭和醫(yī)院之間奔波。
1 ?設(shè)計方案
在ZigBee無線醫(yī)療系統(tǒng)中,主要功能為采集人體生理指標(biāo)數(shù)據(jù),并通過無線網(wǎng)絡(luò)通信的方式,將數(shù)據(jù)傳輸至橋接協(xié)調(diào)節(jié)點。主要包括2個模塊:生理數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊。
生理數(shù)據(jù)采集終端實現(xiàn)對病人生理參數(shù)的采集和無線傳輸。生理數(shù)據(jù)采集傳感器參數(shù)選擇溫度傳感器、電子血壓計、心率血氧傳感器模塊MAX30102,包括各類型的生理傳感器和對應(yīng)的前端采集及信號處理電路[2]。
數(shù)據(jù)傳輸模塊的核心功能由TI公司的CC2530射頻芯片完成。該模塊將傳感器采集到的生理參數(shù)通過ZigBee無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送出去,由橋接協(xié)調(diào)節(jié)點接收后再作進一步處理[3]。
在ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中有2種設(shè)備類型:協(xié)調(diào)器終端節(jié)點,設(shè)備類型是由ZigBee協(xié)議棧不同的編譯選項來選擇的。協(xié)調(diào)器主要負責(zé)網(wǎng)絡(luò)組建、維護、控制終端節(jié)點的加入等。終端節(jié)點負責(zé)數(shù)據(jù)的采集,不具備路由功能。該系統(tǒng)終端節(jié)點采集生理數(shù)據(jù),通過ZigBee協(xié)議無線傳輸給協(xié)調(diào)器,協(xié)調(diào)器通過串口來接收數(shù)據(jù)。
1.1 血壓計采集模塊
電子血壓計采用XGZP6847型氣體壓力傳感器模塊。此模塊外圍所接的電路十分簡單,因為電壓信號在模塊內(nèi)部已經(jīng)進行了放大,所以輸出信號不需要進行放大,XGZP6847型氣體壓力變送器模塊總共有6個引腳,其中的1、2、3腳都不需要外接其他電子元器件,4腳接+5V電源電壓,5腳是信號輸出引腳Vout,6腳接地。
因為有干擾和雜波,XGZP6847芯片5腳得到的信號Vout,通過低通或者帶通濾波電路,能夠去除因電路或者其他影響帶來的信號干擾,從而得到干凈脈搏壓與袖帶壓信號。
1.2 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器模塊
底板尺寸:5cm×5.1cm。串口通訊:自帶USB轉(zhuǎn)串口功能(PL-2303),minUSB、DC2.1電源座(5V)內(nèi)正外負。功能接口:Debug接口,兼容TI標(biāo)準(zhǔn)仿真工具,引出所有IO口。并支持多種傳感器即插即用,以及常用的串口引腳。5V、3.3V功能按鍵:1個復(fù)位,2個普通按鍵,組網(wǎng)時可手動入網(wǎng)和退網(wǎng)。LED指示燈:電源指示燈、組網(wǎng)指示燈、普通LED。串口收發(fā)指示燈LCD:支持OLED,顯示更清晰。調(diào)試所見即所得(見圖1)。
協(xié)調(diào)器收集各個ZigBee終端節(jié)點過來的人體參數(shù),通過協(xié)調(diào)器把這些參數(shù)傳到醫(yī)生的客戶端。該設(shè)計使用串口把數(shù)據(jù)傳到醫(yī)生的電腦上。
1.3 ZigBee模塊
功能特點:(1)尺寸:2.5cm×2.6cm;(2)體積小,引出全部IO口,標(biāo)準(zhǔn)2.54排針接口;(3)工作的開放頻段為2.4GHz;(4)16個傳輸信道,可根據(jù)用戶選擇合適的傳輸通道;(5)無線傳輸速率可達250kbps;(6)功耗:接收和發(fā)射電流約27.6mA;(7)使用2.4G全向天線,空曠直視傳輸距離達300m左右(見圖2)。
人體采集模塊連接在Zigbee終端模塊上,比如心率血氧傳感器模塊、脈博采集模塊等。通過Zigbee組網(wǎng)協(xié)議把數(shù)據(jù)發(fā)送到協(xié)調(diào)器上。
1.4 采集結(jié)果
橋接協(xié)調(diào)節(jié)點負責(zé)對無線網(wǎng)絡(luò)的管理和對生理參數(shù)的轉(zhuǎn)發(fā)。從而使得數(shù)據(jù)采集終端和橋接協(xié)調(diào)節(jié)點能夠配合組建成滿足上位遠程監(jiān)控中心要求的無線網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)了對人體生理參數(shù)的傳輸。
醫(yī)生的電腦上接收各病人的生理參數(shù),供醫(yī)生查看以及做診斷等。圖3是根據(jù)收集到的心率繪制的心率圖。
2 ?結(jié)語
該文中所提出的設(shè)計方案,主要是針對醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)進行著重研究。將開發(fā)的生理數(shù)據(jù)采集終端、橋接協(xié)調(diào)節(jié)點配合使用,在遠程服務(wù)器端監(jiān)控被采集者的脈博、心率等參數(shù)。該文為醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)研究和實施提出了具體的方案:將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進一步深入應(yīng)用到醫(yī)療監(jiān)護領(lǐng)域;提出了近距離無線和遠距離有線相結(jié)合的方法,節(jié)約了成本,同時這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)還可以擴展到其他領(lǐng)域。
參考文獻
[1] 馬碧春.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用展望[J].中國醫(yī)院管理,2013(10):72-74.
[2] 高翠霞.醫(yī)用傳感器[J].哈爾濱醫(yī)科大學(xué)學(xué)報,2015(4):84-86.
[3] 諸強,王學(xué)民,胡賓,等.無線遠程醫(yī)療系統(tǒng)[J].北京生物醫(yī)學(xué)工程,2014,23(3):225-227.
[4] 唐曉艷,金濤,洪英豪.ZigBee生命體征監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J]. 福州大學(xué)學(xué)報,2015(5):642-647.
[5] 申玉宏,劉麗.ZigBee技術(shù)在人體生命體征監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程,2014(24):126-127.