开题报告-生命体征监测的ZigBee无线传感器组网设计.doc

华东交通大学毕业设计（论文）开题报告书课题名称生命体征监测的ZigBee无线传感器组网设计课题来源课题类型导 师学生姓名学 号专 业通信工程一文献综述随着全球老龄化的到来和越来越多的健康保健的需求人群，医疗开支已成为各国最为棘手的问题。电子医疗(eHealth)特别是远程的体征监控成为最为迫切的医疗信息服务。无线传感器网络可以通过佩戴或植入到人体的各类传感器，将人体实时的体征包括体温、脉搏、呼吸、血压甚至心电图传送到医疗机构乃至医生的随身电脑。这些数据可以自动在医生的后台程序中进行分析，并得出一些指导性的建议，如果遇到有突发情况可以直接调动医疗资源进行及时救助。这些应用可以在广泛地在社区、家庭和个人移动环境下开展，并且在全世界各个国家和地区具有非常好的通用性和普适性。传统的医疗监护方式大多使用固定的医疗监护仪，这种监护方式占用了紧缺的医疗资源，同时监护设备的有线束缚给患者带来很大不便，采用硬线连接的有线医疗监护系统网络不仅在布线过程中非常繁琐，而且线路容易老化或遭到磨损、腐蚀等。而无线传输方式灵活，可避免复杂、重复的布线，网络的基础设施无须隐藏在墙里，同时无线网络还可以适应移动或变化的需求。因此，本文提出基于ZigBee技术构建的无线传感器网络具有低成本、低功耗、网络容量大等特点，可以解决传统医疗监护系统移动性差、布线复杂、重建成本高等问题。目前，市场上的近距离无线通信技术主要有无线局域网WiFi、蓝牙和一些专用标准（如Ad-hoc网等）的产品。一些共识为开拓市场和应用领域，也在积极研究和制定一些新的无线组网通信技术标准，如无线USB、超宽带通信UWB和WiMax等。下面对这些技术做一些简要的介绍和比较。蓝牙技术发展从1999年起已经经历多个年头，一直受芯片价格高、厂商支持力度不够、传输距离限制及抗干扰能力差等问题的困扰。目前主要应用在无线耳机等不需要很高传输带宽的领域，且互通性方面也存在问题。WiFi在Intel的大力支持下迅速占领市场；采用IEEE802.11标准，使用2.4GHz直接序列扩频，是目前应用最广泛的无线网络传输协议。借助USB在PC上的广泛应用，无线USB也受Intel、HP、微软等几家PC领域大公司的力推，已于近期制定了无线USB规范。使用WiMedia联盟的MB-OFDM超宽带MAC和PHY层，通信距离在310m,最高速率在480Mbps，有望短期内在PC周边设备的无线连接上得到大量应用。UWB是一种未来短距离宽带无线传输技术。由于未采用通常无线收发中的载波调制技术，因此它不需要混频、过滤和射频/中频转换模式，实现了低成本、低功耗和高宽带性能。目前有两大技术阵营竞争技术标准，预期的通信距离510m速率甚至可达到1Gbps,非常适合于家用消费电子产品之间的大容量数据传输。作为WiFi下一代技术的WiMax，被设想成一项无线城域网接入技术，在传输距离和速度方面均胜过WiFi，最高接入速率70Mbps，信号传输半径可达50km。主要的无线技术都集中在1Mbps以上的速率；而ZigBee恰恰是填补低速率端无线通信技术的空缺。在实际应用环境中，低速率，低成本的无线通信子在自动控制、无线传感器网络、家具自动化等诸多领域更贴近实际需求，同样具有广泛的市场。医疗监护仪器目前可以分为两类，一类是指在医院内由职业医生或专业技术人员使用的专门仪器，对病人进行生理指标的监护；另一类是在普通人员的家庭内或者户外，在医生的指导下，由病人本人或者家属使用远程医疗监护系统对病人进行监护，所得到的生理指标将及时传送给相关医生。目前，医院所使用的监护方法，大多使用固定的医疗监护仪，连接设备将传感器探头连接在病人与监护设备之间进行信号的传递。复杂的设备，众多的连线，会造成病人心理上的压力和紧张情绪，可能会影响病人身体状况，使得诊断所得到的数据与真实情况有一定差距，给病人和医护人员都带来不便，可能会影响对病情的正确诊断。总结本文将在阶段研究的基础上介绍一种基于无线传感器网络的可扩展的远程医疗监护系统。该系统在家庭或者医院病房的环境中建立一个无线传感器网络，通过该网络，传感器节点采集人体生理指标信息，或者动态监测医疗仪器运行以及治疗的过程，并且将信息传输到监护基站设备和服务器计算机。传感器网络系统可以通过监护基站设备以不同的方式连接到该远程监控中心。系统具有高度的灵活性和可扩展性，可以广泛应用于社区的远程医疗和医院病房监护的环境中。通过Internet网络可以构建远程医疗信息网，不仅有利于发达地区的病人获得保健服务，也有利于贫困地区的病人获得必要的医疗服务。在未来的工作中，将进一步开发该系统的软件和硬件，以提高稳定性和实用性，同时也将根据特殊的需要定制开发上层管理软件以及完善医疗监护管理平台软件。参考文献1 周林，冯婷婷，ZigBee的无线医疗监护系统的研究与设计【J】.电视技术，2013,37（14）。2 王东，张金荣，魏延，曹长修等，利用ZigBee技术构建无线传感器网络.重庆大学学报，2006。3 赵泽，崔莉，一种基于无线传感器网络的远程医疗监护系统.中国科学院计算技术研究所，2006。4 周怡寤，凌志浩，吴勤勤ZigBee无线通信技术及其应用探讨.华东理工大学.自动化仪表，2005。5 Liu C H, Teng P C. The safety design of the laboratory monitoring systemC/Networked Computing and Advanced Information Management (NCM), 2010 Sixth International Conference on. IEEE, 2010: 509-513. 6 7 Park J, Cho J, Choi J, et al. A zigbee network-based multi-channel heart rate monitoring system for exercising rehabilitation patientsC/TENCON 2007-2007 IEEE Region 10 Conference. IEEE, 2007: 1-4.8 Hu X, Wang J, Yu Q, et al. A wireless sensor network based on zigbee for telemedicine monitoring systemC/Bioinformatics and Biomedical Engineering, 2008. ICBBE 2008. The 2nd International Conference on. IEEE, 2008: 1367-1370.9 李念强.数据采集技术与系统设计M.北京：机械工业出版社.2009.10 祝常红.数据采集与处理技M.北京：电子工业出版社.2008.11 射频无线模块.http:/baike.bai祝常红.数据采集与处理技M.北京：电子工业出版社.2008.12 Farahani S. ZigBee wireless networks and transceiversM. Access Online via Elsevier, 2011.13 Instruments T. A true system-on-chip solution for 2.4-GHz IEEE 802.15. 4 and ZigBee applicationsJ. 2010)2012. http:/www. ti. com/lit/ds/symlink/cc2530. pdf, 2011.14 /medical_electronics/2011/1010/article_2411.html15 /tech/fangan/727512.html课题类型：（1）A工程设计；B技术开发；C软件工程；D理论研究； （2）X真实课题；Y模拟课题；Z虚拟课题 （1）、（2）均要填，如AY、BX等。华东交通大学毕业设计（论文）开题报告书二、方法及预期目标：1、本课题的任务要求1) 理解TI Z-Stack协议栈；2) 对多个传感器节点和协调器进行组网设计；3) 数据能ZigBee规范实现数据传输；4) 可以采集基本的生命体征信号；5) 设计多个无线传感器网络节点和协调器的硬件电路和驱动软件。2、本课题的整体方案 根据任务要求，设计了如下方案：首先根据CC2530芯片的工作原理设计其外围的工作电路。然后根据实际应用要求设计接入传感器的I/O口及相应的电路特征要求。最后设计相应的软件程序和界面，进行调试。整体设计框图如下。终端节点设计：路由器设计：协调器模块：3、拟采用的研究方法整个传输系统可大致分为硬件部分和软件部分，而且软件的设计是基于硬件平台的，所以根据任务要求先进行硬件的设计，然后再根据设计制作的硬件平台和任务要求进行软件的编程。硬件系统主要为控制处理模块和射频无线收发模块。在控制处理模块，MCU采用的是TI公司生产的性价比极高的CC2530。在CC2530的控制下设计外围电路和传感器接入电路从而是传感器的数据可以为CC2530采集、储存、处理、传输。软件系统：软件部分主要是根据任务要求在Z-Stack的基础上编写程序添加相应的应用。包括实现体温数据的采集，脉搏数据的采集，无线收发模块的控制，上位机显示等。程序采用C语言编写，开发环境是IAR Embedded Workbench软件。4、本课题要研究或解决的问题及预期效果 拟解决的关键问题：(1) ZigBee网络的组织；(2) 应用层事件的添加；(3) 传感器器外围电路的设计与程序设计；(4) 数据的采集与处理。硬件系统设计满足如下