人体生理参数采集系统设计.doc

东 莞 理 工 学 院本 科 毕 业 设 计 毕业设计题目：人体生理参数采集系统设计学生姓名：黄杰文学 号：201141510226系 别：电子工程学院专业班级：通信工程2班 指导教师姓名及职称：陈卫 高级工程师起止时间： 2014年12月 2015年5月摘要 随着我国社会的发展，人民生活水平的不断提高，从而也导致了我国人口老龄化严重，给当前的社会医疗系统带来了很大压力。传统的医疗系统中患者要在医院接受护士或者医生用各种医疗设备进行各种的身体检查，这种方式不仅效率不高，而且价格不菲，从而导致了看病贵的社会现象。 考虑到远程医疗的方便与需求，本文讲述的人体生理参数采集系统设计用到了zigbee无线传感技术。使得使用更加便捷，费用更加亲民。 本次设计目的是实现人体生理参数的无线传输。实现方法在终端检测体温和血氧饱和度并通过Zigbee传输给接收端，接收端在显示器上显示具体数据而且当数据异常时蜂鸣器发出声音报警。终端上连接有红外体温检模块和血氧模块。这次设计采用点对点通信，能实现短距离的无线通信。监护人员通过接收端就可得知佩戴者的具体生理参数，佩戴者不需要再固定的地点进行检测，而是可以在一定的范围内活动。 本文设计并且实现了基于ZigBee技术的人体生理信息采集装置，主要采集人体参数有体温和血氧饱和度。硬件选取的是成都感智信息技术有限公司的开发芯片。关键词：Zigbee、无线传感网络、血氧传感器、红外测温传感器Abstract:With the development of our society, the improvement of peoples living standards, thus leading to the population aging in our country is serious, has brought great pressure to the current social medical system. The traditional medical system in patients in hospital and nurse or doctor of various medical equipment physical examination, this way not only the efficiency is not high, but the price is not cheap, resulting in expensive social phenomenon.Considering the convenience and needs of telemedicine, this paper describes the physiological data acquisition system used in the design of ZigBee wireless sensor technology. The use of more convenient, more affordable cost.The purpose of this design is to achieve the wireless transmission of human physiological parameters. The realization method in the terminal detection temperature and oxygen saturation and the Zigbee is transmitted to the receiver, the receiver is displayed on the display device specific data when the data is abnormal and the buzzer sound alarm. The terminal is connected with the infrared temperature detection module and the module of blood oxygen saturation. This design uses a point-to-point communication, can realize the short distance wireless communication. The specific physiological parameter monitoring personnel can be informed by the receiving end of the wearer, the wearer does not need to detect the fixed location, but can be in a certain range of activities.In this paper, the design and Realization of human physiological information acquisition device based on ZigBee technology, the main parameters of collecting human body temperature and oxygen saturation. The hardware selection is the development of intelligent sensing chip Chengdu Information Technology Co. ltd.Keywords:Zigbee,wireless sensor network,oxygensensor,infrared temperature sensor 目 录1、绪论11.1引言11.2 研究背景和现状11.3 血氧饱和度监测意义31.4 红外线测体温意义31.5 课题研究内容和安排42、Zigbee传输的人体生理参数采集系统设计的研究52.1 ZigBee 技术概述52.2 ZigBee各个协议层介绍72.2.1 物理层72.2.2 媒体访问控制层MAC层82.2.3 网络层92.2.4应用层102.3 Zigbee技术应用前景113、系统的硬件组成123.1 硬件系统总体设计方案123.2 Zigbee处理器模块133.3 血氧探头及血氧模块153.4红外线测温传感器173.5 显示器184、软件设计及原理194.1 血氧饱和度传感器194.1.1血氧饱和度传感器测量原理194.1.2 血氧饱和度传感器系统的软件设计194.2 红外线测温传感器234.2.1 红外线测温传感器测量原理234.2.2 红外线测温传感器系统的软件设计244.3 Zigbee传输264.4显示器27五、结论展望29参考文献30附录311、绪论1.1引言 在现代社会，科技每天都日新月异，通信技术更加在短短的十几时年间发生了巨大的变化。无线传感技术（WSN）是一种在一定范围内布置大量节点的技术，并且组成一个网络，这网络可以传输测量到的数据给上位机1。在生活、工作、军事等方面有很大的发展空间。 ZigBee 是一只种新发展起来的技术，它还十分年轻。它的通信协议主要由Zigbee协会规定2,3。ZigBee 无线传感器网络具备无线传感器网络的基本特征4: 体积小、成本低、节点数量巨大、自组织、多跳路由、通信半径小、动态网络等特点。Zigbee主要负责传输方面的工作。采集的数据包括：体温、血氧饱和度。医生可以观察显示器的接收端，对病人或病人的身体状况实时了解。如果体温高于73摄氏度或者血氧饱和度低于95%，那么蜂鸣器就会发出响声，警告被测试者。本次设计的工作是体温和血氧饱和度的传感器选择和编码，无线传输硬件用是成都感智信息有限公司的 CC2530 芯片。1.2 研究背景和现状 随我国强大起来，人民越来越注重生活健康，从而也导致了我国平均年龄增加，给当前的医疗系统带来了很大压力。通过人口普查的结果表明：我国在 2030 年后，60 岁以上的人口将达到 4 亿。这将会带给国家和社会巨大的医疗压力5。解决看病难，看病贵和为老人提供快捷的看病服务成了一个非常严重的社会问题6,7。在传统的监护设备中,大多数都是采用有线的方式。这种检查设备会使人感到不自然，从而影响了监测的准确性。而且有线传输方式限制了病人的活动空间,从而影响病人的情绪,非常不利于身体的康复，而且有显医疗设备的利用率非常的低。因为以上原因医疗机构想在医疗设备上进行改革，从而得到操作简单、准确性高和使人不会感觉不自然的设备。血氧和体温测量设备就是为了满足准确性高和使人不会感觉不自然,向着体积小、操作方便、佩戴可自由活动的方向发展。 因为实现体积小和消耗低，所以血氧饱和度和体温检查设备方便佩戴,操作简单和能够长时间工作。实现了无线化，所以患者能在佩戴设备的前提下进行一定的活动。基于ZigBee技术的无线性，血氧饱和度和体温监护系统与养老院中心监护工作站随时保持联系,将老人或者患者的血氧饱和度和体温数据实时的传输给上位机,医护人员对老人或者患者的血氧饱和度和体温情况有大致的了解，并能睡随时应对特发状况。这样有助于减少以外的发生、监护人员能够高效的利用时间、降低数据录入的繁琐过程。 总的来说，医疗器械的无线化、体积小和低功率是这方面发展的必然趋势。世界各国都已经投入到无线传感网络的研制中去，世界各个名校中就有很多无线传感网络的项目在被研发中，从各个方面进行了很多无线通信网络的创新性实验。在美国，这技术更是用到军事上面，美军救护人员通过医疗设备的无线话，已经实现了医生远程帮受伤的士兵进行手术，这使士兵的伤势能几时的得到治疗，生存几率大大的提升8。在我国，虽然我们起步比较慢，但是发展非常的快，尤其是在21世纪，伴随着互联网技术的快速发展，从而涌现了大量基于互联网站工作站之类的远程医疗机构，利用互联网技术从而进行医学知识普及，还有通过视频的远程会诊等9。但是为了得到患者或者老人的具体生理参数数据，从而更加方便和准确的判断患者或者老人病情，必须要求患者或者老人到达医院这实在是太不方便。并且有线的医疗设备也非常的不利于对老人或者患者进行实时的监护，对于突发的情况应变会显得很慢。在我国也有很多商家和公司发现了这个商机，研发出不少的远程医疗诊断平台，这种平台可以很好的为医院减轻负担增加人们的求医途径。在国内一些大学也有此类项目在开发中10,11。我相信，在换联网技术发展飞速的年代，一定会使无线医疗设备也高速发展。1.3 血氧饱和度监测意义 人的生活与活动都与氧息息相关，人的体内无时无刻都在消耗着氧。在人呼吸时，空气中含有的氧气进入到肺泡中，肺泡中的氧气会与血液中的血红蛋白结合，生成氧合血红蛋白。氧合血红蛋白和还原血红蛋白随着动脉血液的流动进入到人体的各个组织，在各个组织的毛细血管中氧合血红蛋白中的氧就会被释放,从而维持组织细胞的新陈代谢。血氧饱和度的定义见图1:图1 血氧饱和度定义血氧饱和度正常人都在95%以上，当少于95%就会影响身体健康，甚至危害人的生命。在医学界中，很多疾病的发病原因组要是因为人体吸氧不足导致的,严重的话随时可以危害到生命安全，因此对血氧饱和度的实时监测对临床救护有着非常重要的作用。1.4 红外线测体温意义 人类作为一种恒温动物，体温是人类生命的重要指标，体温不仅仅可以判断人是否健康，还能够预防某些特发性严重疾病或一些隐藏性的疾病12。在医学诊断时得到人的体温有很多方法，但是主要分为接触式体温测量法和非接触式体温测量法。 接触式测量体温的主要方法有三种：一种是检测舌头下方的温度，一种是肛门内的温度，而我们最经常看到的是测腋下温度。这几种方式检测时间比较长，不适合大批量检测人的温度。 非接触式体温测量法主要是红外线测量法，红外线测量法利用红外测温原理测量人体温度，是红外线测温仪器是体温仪器的发展方向，它能在中短距离测得被测者的体温13。非接触式测量法满足快速、准确的测量人体温度，并且因为是非接触式体温测量，所以可以非常有效的防止了交叉感染的情况发生，在车站、机场、社区、海关等人员密集并且人流量非常大的场合得到了广泛应用。1.5 课题研究内容和安排 本课题研究的内用是传感器测得人体的血氧饱和度和体温并通过无线通信传输给接受者。先利用探头和模块采集到体温和血氧的数据，将数据经过计算得到实用的数据然后打包，打包后的数据通过Zigbee协议加码并传输出去，再由接收端接受并解码，再由显示器显示出结果。这设备可应用在医院、养老院等大型场合，可以实现对人体血氧饱和度和体温的实时监测，遇到突发情况能快速采取措施。 本论文一种分为七个章节： 第一章节是绪论，通过了解我国人口老龄化日益严重，引出无线医疗设备的必要性，并简述了血氧饱和度和体温监测的意义。 第二章节是Zigbee的人体生理参数采集系统设计的传输系统方面的讲述，分析了解了Zigbee技术的优势、特点和可利用方面，并且简述了Zigbee系统的框架结构的组成。 第三章节是讲述系统硬件的组成，讲述了硬件的作用和选择理由。 第四章节是血氧饱和度传感器的工作原理，讲述了血氧饱和度传感器的软件设计。 第五章节是红外线检测体温传感器的工作原理，讲述了红外线检测体温传感器的软件设计。 第六章节是显示器的格局分布和数据显示格式。 第七章节对全文进行总结，并且研究设计的发展进行展望。2、Zigbee传输的人体生理参数采集系统设计的研究 随着我国经济的发展，大部分人民都过上了小康生活。在解决了温饱问题后，人们更加关心健康问题，所以医疗资源分配就变的更加紧张。我更加需要一些方便快捷的医疗设备。在引入Zigbee系统后的医疗设备将变的更加便利的被使用，特别是老年人，他们不必再在医院排长队等待检查。在Zigbee无线通信协议引入到医疗设备中，能减少医疗设备的布线成本，配合换联网技术并能统一的实时的检测老人的身体状况。2.1 ZigBee 技术概述 ZigBee技术也称作紫峰协议是基于IEEE802.15.4标准的一种低功耗局域网协议。Zigbee技术的特点是近距离、自组织、低复杂度、多节点、低功耗、低成本、短时延、低数据速率。ZigBee技术的自组织能力非常的强大，简历的网络每个能支持65000个节点，并且它只需要几节普通的5号干电池就可以使用6个月以上。 无规矩不成方圆，所以Zigbee技术本来有IEEE 802154 标准和由 ZigBee 联盟所推出的 ZigBee 规范，但是IT公司还在这标准和规范上推出了全新功能的 ZigBee2006 协议栈14。推出的协议栈将Zigbee在结构上分成了应用层、安全层、MAC 层、网络层和物理层。除此之外，在zigbee的里面还加入了一个微信处理器，使数据能被进行统一的调配和协调。 ZigBee协议栈的整体框架如图2所示15。图2 ZigBee协议栈的整体框架在无线传输方面还有我们所熟悉的wifi和蓝牙，而Zigbee技术是不同于这两种技术。这3种无线技术，从传输距离来说，是WIFIZigBee蓝牙;从功耗来说，是WIFI蓝牙ZigBee，Zigbee仅靠电池供电就可工作6个月之长;从传输速率来讲，是WIFIZigBee蓝牙，并且Zigbee技术的自组织能力非常强大。3种无线技术比较如表1所示：表1无线技术比较市场名标准WIFI802.11b蓝牙802.15.1ZIGBEE802.15.4应用重点Web，Emall，图像电缆替代品监测&控制系统资源1MB+250KB+4-32KB电池寿命（天）0.5至51至7100至1000+网络大小327250/65000带宽（KB/s）11000+72020-250传输距离（米）1-1001-10+1-250成功尺度速度，灵活性价格便宜，方便可靠，低功耗，价格便宜2.2 ZigBee各个协议层介绍 IT公司在原有的标准和规范上推出了全新功能的 ZigBee2006 协议栈。推出的协议栈将Zigbee在结构上分成了应用层、安全层、MAC 层、网络层和物理层。2.2.1 物理层 Zigbee技术的工作频段分为3个相距较大的频段，这3个频道分为两个物理层，2.4GHz物理层和868/9l5MHz物理层。两个物理层的各种技术参数如表所示。并且在每个频段上信道的数目各不相同，所以，Zigbee技术在每个不同的频段上的传输速度和调配方法不尽相同。这3个频段分别为868MHz、915MHz和2.4GHz，其中主要使用的未2.4GHz，因为这频段为全球通用的科学、工业和医学频段，而且2.4GHz频段是免付费、免申请的国际无线电频段，在该频段上分为16个信道，数据传输速率为250kbs。868MHz频段和915MHz频段分别对应10个信道和1个信道，它们的传输速率是40kbs与20kbs。免许可证免申请的2.4GHz频段是世界同用的频段，但是868MHz频段只有有欧洲才有而915MHz频段就只有在美洲才有。所以我在这里只介绍世界通用的2.4GHz频段的物理层技术。ZigBee协议物理层参数如表2：表2物理层参数物理层频率频带范围调制方式码片速率比特率信道数量扩频方式868/915868-868.6BPSK300201直接序列扩频DSSS902-928BPSK600401024502400-2483.5P-QPSK200025016物理层的主要任务是选择合适的信道保证数据安全可靠的传输。在Zigbee快速发展的社会，同一地区有多个Zigbee网络已经非常常见。为了避免通信收到其他Zigbee的干扰，就要通过物理层选择空闲的信道进行通信，使Zigbee之间不会相互干扰。物理层参考模型如图3：图3物理层模型 物理层协议的数据单元（PPDU)由三部分组成：同步头SHR（允许接受设备同步并锁定比特流）、有效载荷（PSDU）和物理层帧头（包含帧长信息）。具体物理层帧格式如下表3：表3 物理层帧格式字节11可变前同步码（preamble）帧定界符（SFD)帧长度（7bit）保留（1bit)物理层数据（PSDU)同步头（SHR)物理层报头（PHR)物理层净荷（PHY payload）2.2.2 媒体访问控制层MAC层 MAC层的作用是处理信息接入到物理无线信道等事务，MAC层的信息处理功能主要是为了完成MAC数据帧的传送，MAC层也管理PAN的状态和维持与信标的同步。PD-SAP接口用于MAC层与物理层的数据传输，是物理层留给MAC层的数据接口。PLME-SAP接口用于MAC层与物理层的协调，是物理层留给MAC层的管理服务接口。MLME-SAP接口用于MAC层与网络层的协调，是MAC层留给网络层的管理服务接口。MCPS-SAP接口用于MAC层与网络层的数据传输，是MAC层留给网络层的数据服务接口。MAC结构模型如下图4：图4 MAC层模型图MAC层数据的传输及允帧的传输，MAC层中一共分为四个种类的帧：信标帧、数据帧、应答帧和命令帧。MAC层一般帧格式主要包括MAC帧头(MHR)、MAC帧负载和MAC帧尾(MFR)。如表4所示：表4 MAC层帧结构字节：210/20/2/80/20/2/8可变2帧控制序列号目的PAN标识目的地址源PAN标示符原地址净荷帧校验地址域MAC帧头MAC帧负载MAC帧尾2.2.3 网络层 网络层的位置介于MAC层和应用层间，它的主要作用为处理好MAC层提供的信息，并且基于MAC层信息的基础上向应用层提供正确的接口。因为需要与应用层进行数据和管理的交接，网络层含有两个服务实体：数据服务实体（NLDE)和管理服务实体（NLME）。MCPS-SAP接口用于网络层与MAC层的数据传输，是MAC留给网络层的数据接口。MLME-SAP接口用于网络层与MAC层的协调，是MAC留给网络层的数据服务接口。NLME-SAP接口用于网络层与MAC层的数据传输，是网络层留给应用层的数据接口。NLDE-SAP接口接口用于网络层与MAC层的协调，是网络层留给应用层的数据服务接口。网络层模型如图5：图5 网络层模型 网络层数据帧分为两类：数据帧和命令帧。而它每一个帧都是由网络层帧头和网络层帧负载组成。网络层帧头又分为：帧控制、目的帧、原地址、半径和序号。网络层帧负载也称为净荷。如表5所示。表5 网络层帧格式字节：22211可变帧控制目的地址源地址地址半径序号净荷路由字段网络层帧头网络层帧负载2.2.4应用层Zigbee的应用层由应用支持层（APS)、Zigbee的设备对象、Zigbee设备框架、Zigbee设备模板和制造所定义的应用对象组成。应用支持层（APS)通过一组通用的服务为NWK和APL之间提供接口。Zigbee所用的传感器和商家所想象的应用设备都可以使用这些接口。使用方式是：APS数据实体经过数据实体服务访问接口、APS管理实体通过APS管理服务访问接口。应用支持层结构如图6：图6应用支持层结构 在应用层结构中，NLDE-SAP接口用于应用层与网络层的数据传输，是网络层留给应用层的数据接口。NLME-SAP接口用于应用层与网络层的协调，是网络层留给应用层的数据服务接口。APSDE-SAP接口用于应用框架与应用层的数据传输，是应用层留给应用框架的数据接口。APSME-SAP接口用于应用框架与应用层的协调，是应用层留给应用框架的数据服务接口。 应用支持子层帧既APS帧（APDU)由下列两部分组成:APS首部和APS帧载荷。APS首部包含帧控制、目的端簇标识、配置文件标识和源端点，APS帧载荷既帧传输的有效数据。应用支持层帧格式如表6：表6应用支持层帧格式字节：10/10/10/20/1可变帧控制目的端点簇标识配置文件标识源端点净荷地址字段APS帧头APS帧负载2.3 Zigbee技术应用前景 Zigbee的发展方向是发展低成本简便自组网的无线网络。现有的无线通信网络都是非常大型，成本非常之高的无线网络。而Zigbee恰恰有低功耗和低成本的优点，可以弥补这方面市场的空缺。 Zigbee技术适合应用的条件：l 无线通信之间传输的数据量不大l 需要有简便的自组网能力l 需要一定数量的节点数量l 需要一定的安全性l 体积小l 成本低l 功耗低l 可移动 Zigbee技术在近几年被非常重视。Zigbee技术在智能家居、医疗设备、工业监控等方面有很好的应用前景。想当年比尔盖茨为了实现他的智能豪宅，铺设了84公里电缆、耗资5.3亿美元。但是，随着Zigbee技术的发展，智能家居价格将变得更加平民化。 我相信在不远的将来，Zigbee技术将改变人们的生活方式。随着Zigbee产品的发展，人们的生活变变得更加便利。 3、系统的硬件组成3.1 硬件系统总体设计方案 系统硬件和主要由Zigbee模块（内含嵌入式处理模块）、电源、红外线测温传感器模块、血氧饱和度探头和模块、显示器模块、电压转换等组成。红外线测温传感器模块和血氧饱和度模块加探头用于采集人体体温和血氧饱和度。Zigbee模块用于处理收集到的数据并筛选出有用数据进行无线传输。 根据题目要求，我本着用最低价格实现最高功能的想法，开始选用硬件，根据要实现的要求硬件采用以下方案： 1.无线收发模块采用成都感知信息有限公司研发的CC2530芯片。此芯片用串口进行通信，而且功耗低、安全性高、抗干扰能力强。 2.血氧饱和度传感模块由血氧探头和血氧模块组成，探头收集到的数据经过模块处理后输出。 3.红外测温模块选用TN901模块。 4.显示器连接Zigbee，显示输出的内容。发送端实物如下图7：图7发送端实物3.2 Zigbee处理器模块 我选用了成都感知信息有限公司研发的CC2530芯片。CC2530 是用于2.4-GHzIEEE 802.15.4和ZigBee的一个真正的片上系统解决方案。本次选用的是星状网络传输框架 星状网络传输框架如图8：节点一节点三节点二图8星状网络传输框架图 由于芯片的集成度非常高，因此Zigbee的硬件设计变的非常简单。终端与接收端之间的传输采用串口通信。终端的串口与血氧饱和度检测模块和红外测温模块相连接，用于接收检测模块所检测到的数据。终端还与JTAG程序下载电路相连接，用于编写程序代码。发送端与显示屏所连接，可以使数据可视化。 电源电路的设计如图9：图9 电源电路 由于接收端和发送端都是采用3.3V电源，所以要设计一个转压电路。电路中VCC为5V电源，经过转压后成为3.3V电源。电路如图10：图10 转压电路 为了使设备运行更加的流畅，减少意外的发生，所以要设计了一个复位电路。单片机里面有个复位键RESET，平时RESET高电位，当按一次SW2后RESET完成一次从高电位变为低电位再变回高电位的过程，使单片机完成复位。电路如图11：图11复位电路3.3 血氧探头及血氧模块 血氧探头和血氧模块四配套使用的，血氧探头负责用红光和红外光测量数据，然后将数据传送到血氧模块，血氧模块处理好数据后再输出。血氧探头电路如图12：图12血氧探头电路 血氧模块电路如图13：图13血氧模块电路 LEDR-和LEDR+为红光和红外光的发射管，Out为信号输出。血氧探头将红光和红外光的数据传送给血氧模块进行处理，处理好的数据由TX和RX用串口进行输出。血氧模块和探头实物如图14：图14血氧模块和探头实物3.4红外线测温传感器红外线测温传感器采用台湾燃太红外测温仪TN901模块。此模块为数字信号输出模块，通过与单片机IO口连接可读取16位二进制数据，经转换可读出温度数据来。通信方式为SPI通信，串行输出。框架如图15：图15红外线测温传感器框架 图中V为电源接口、D为数据接口、C为时钟接口（2KHz）、G接地、A为测试脚（低电平时连续测试黑体温度）。当MCU接受数据时，DUT输出数据。在没有数据传输时，数据引脚（Data Pin）为高电平，间歇时间2ms。 红外测温仪实物如图16：图16红外测温仪实物3.5 显示器 显示器用于接收端，显示我们需要知道的数据。显示器显示数字或文字时采用黑底白字的方式显示。这是因为采用黑底白字时能省电（点亮的点越少需要的电流就越小）和有效防止CROSSTALK（串扰）现象。表面采用镜面处理后，显示屏被产品外壳表面处理后隐藏起来，只有在显示内容时才显现出来，给人一种神秘的感觉。OLED显示器如图17：图17 OLED显示器实物 OLED显示器的电路如图18：图18显示器电路4、软件设计及原理4.1 血氧饱和度传感器4.1.1血氧饱和度传感器测量原理 人的生命不能离开氧，人呼吸到的氧有一部分在肺泡中与血红蛋白相结合，血红蛋白就成了氧的载体从而把眼运输到人体各个部位，维持人的正常活动。而与氧结合的血红蛋白和总共的血红蛋白就形成一个比例，这个比例就是血氧饱和度。 在人体中，与氧结合的血红蛋白和没有与氧结合的血红蛋白对波长不同的光有着不同的吸收率，但是人体其他组织对光的吸收率是不变的。通常测量使用的是波长为660nm的红光和波长为940nm的红外光。血氧饱和度的测量是根据这两种不同波长的光经过身体后又不同的吸收率，从而计算出来。4.1.2 血氧饱和度传感器系统的软件设计 本次使用的血氧模块一次产生五个字节，每个字节分别表示不同的数据参数。字节一表示信号强度和判断有无数据接入，字节二和字节三为绘图数据，字节四为脉搏数据可读出脉搏跳动频率，字节五为血氧数据。本次设计只需要测出血氧饱和度的数据，因此我们只需要读取字节五的数据，其他一至四字节可不传输。具体字节数据如表7：表7 血氧饱和度每个字节不同值字节位描述字节位描述00信号强度030脉搏01信号强度11脉搏12信号强度22脉搏23信号强度33脉搏341=搜索时间太长4脉搏451=未接传感器5脉搏561=脉搏跳动声6脉搏671（同步位）70（同步位）10体积描记图040血氧01体积描记图11血氧12体积描记图22血氧23体积描记图33血氧34体积描记图44血氧45体积描记图55血氧56体积描记图66血氧670（同步位）70（同步位）20棒图01棒图12棒图23棒图341=传感器错误51=搜索脉搏6脉搏770（同步位） 血氧饱和度传感模块波特率未9600，数据为1bit起始，8bit数据，1bit停止，无校验。本模块每秒50个传输50个数据包，每包5个字节。测量范围为血氧饱和度70%100%，分辨率未1%，精度未2%。 血氧饱和度传感模每包中5个字节分别表示不同的值，具体如图所示： 我们所需要的只有血氧饱和度的值，我们只需要把第最后一个字节的数据读出并传输。if(temp!=0) / 表示 CC2530 有连接血氧模块,且接收到的数据不为 0 while(XueYang_Flag-) / 一直获取血氧的数据 if(temp & 0x80) / 收到 第1个字节 Recdata0=temp; / 赋值 temp=0; / 及时清 0 else if( Recdata0& temp!=0)/ 在获取到第1字节后开始顺序获取剩 余4个字节 datanumber+; / 下标累加 Recdatadatanumber=temp; / 赋值 temp=0; / 及时清 0 if(datanumber=4) / 下标达到4,需要结束本次循环了 XueYang_Flag=0; / 结束本次循环 pTxData1=Recdata4; / 串口接收到的血氧值，再通过无线RF发射出去 XueYang_Flag=xunhuan; / xunhuan=1000，准备下次获取血氧的标志 datanumber=0; / 下标计数 清 0 Recdata0=0; / 清 0basicRfSendPacket(LIGHT_ADDR,pTxData,APP_PAYLOAD_LENGTH);/ 发送数据包 函数LIGHT_ADDR=0xBEEF,pTxData:发送数组, APP_PAYLOAD_LENGTH:发送数组长度LED1=LED1; / LED灯状态取反，用户能够看到数据的发送是 否正常 Delay(10000); / 延时函数 ms级别,可以自由调整 在确定CC2530连接到血氧模块并且受到数据后，开始获取血氧数据。依次获取每个字节的数据并且赋值，下标依次增加，在获取到第五个字节（既下标增加到4时）后结束循环。然后串口接受第五个字节数据既Recdata4，将Recdata4赋值给pTxData1，最后将pTxData1放入发送函数中将pTxData1发送出去。发送后将LED灯状态取反，用户能够看到数据的发送是否正常。 血样模块测量血氧饱和度的单片机流程图19：开始芯片初始化配置寄存器定时器中断DAC120PS=1DAC输出预定值；点亮红外光DCA输出预定值；点亮红光红光信号采集红外光信号采集平均滤波，去直流信号平均滤波，去直流信号SaO2计算数据串口发送图19 血样模块测量血氧饱和度的单片机流程4.2 红外线测温传感器4.2.1 红外线测温传感器测量原理 无论什么物体,当此物体高于绝对零度时，就会不断地向四周辐射电磁波。其中就包含了波段位于0.75100m 的红外线，红外温度传感器就是测量红外外线得出物体的具体温度 16。黑体既在一定的温度和波长的情况下，能够放出辐射后最大值。由于黑体的光谱辐射功率与绝对温度之间符合普朗克定律。因此得出下图20：图20 黑体的光谱辐射功率与绝对温度之间规律 由图可看出温度越高的物体放出的辐射也越强。可知道物体的温度与辐射有密切的关系，资料也表明物体温度与辐射符合普朗克定律，所以通过辐射可求得物体的温度。4.2.2 红外线测温传感器系统的软件设计 红外线测温传感器采用TN901红外温度计模块，TN901 红外温度计模块采用高灵敏度、高精度、的功耗的设计，保证了采用的优良特性。它使用SPI时序。SPI时序如图21：图21 SPI时序 其中它额信息格式为下表8：表8 红外测温信息ItemMSBLSBSumCR Item“L”(4CH): Tobj (目标温度)“f”(66H): Tamb (环境温度)MSB 8 bit Data 最高有效位LSB 8 bit Data最低有效位SumItem+MSB+LSB=SumCR 0DH, 结束信息 根据以上信息可知道测出的原始数据为5个字节分别为：Item、MSB、LSB、Sum、CR。测量代码如下：for(j=0;j5;j+) / 1帧里面有5个字节，分别是 Item MSB LSB SUM CRfor(i=0;i8;i+) TN_Clk_InputInitial(); / 此时 输入 while(TN_Clk); TN_Data_InputInitial(); / 此时 输入 BitState=TN_Data; / TN_Data=P04; 读引脚状态 ReadDataj= ReadDataj1; / 循环左移 ReadDataj= ReadDataj|BitState;/ 或 运算 TN_Clk_InputInitial(); / 此时 输入 while(!TN_Clk); 测出原始数据后要计算出实际温度，根据公式： Itemp = MSB*256 +LSB; Tempf= 1.0*Itemp/16 - 273.15;由此可得出温度具体值。4.3 Zigbee传输 本设计使用的Zigbee系统采取的是点对点的通信，使用星状网络图结构。Zigbee系统定时向外传送自己的地址信息、血氧饱和度和体温信息， Zigbee接收模接收其信息并解压。流程图如下图22系统初始化接收到数据定时时间到通过串口读取血氧、体温数据，构造MAC层帧格式物理层开始发送接收数据包解压数据包，将血氧、体温数据传给显示器否否是图22 Zigbee接受数据流程4.4显示器 显示器用于更加具体的反应数据。首先显示器要规定数据的位置，给每个数据一个坐标，本次选用的显示器大小为8*16。血氧和体温的数据拆分成单个数据，每个数字一个坐标。当血氧值大于100时，一定为未接入血氧传感器，这时血氧显示为零。显示流程入下图23：接收数据拆分数据赋予每个数字坐标在字库中找到相应字符显示图23 显示流程图实物显示如下图24和图25：图24 显示一号终端图25 显示二号终端五、结论展望 对于现在社会巨大的人口基数，医疗设备也需要跟上时代的步伐。本论文引入了无线传感器Zigbee运用到医疗设备中，可以使医疗设备使用更加快捷方便，利用率更高。 论文中的设备主要运用于采集人体的血氧饱和度和体温。终端用于数据的采集和发送，接受端用于数据的接受和显示。本论文对Zigbee发展的好处和简单原理进行了简单讲解，主要对人体生理参数的采集和传输的硬件和软件进行论述，主要有以下几个部分： 1.人体生理参数采集器的各种硬件进行了讲解。 2.对血氧饱和度采集模块和红外测温模块的软件编程进行讲述。 3.Zigbee的运行与原理。 由于时间和技术水平的限制，本论文的设计虽然实现了主要的功能，但是还是有很大的改进空间。在以下几方面我觉得还可以改进：1.可以增加传感器，使人体参数的测量不仅仅限于血氧饱和度和体温。可以增加模块的接口，要使用什么模块只需要将模块接上接口，就可直接使用。2.无线模块与互联网相连接，实现超远程监测和远程诊断。患者或者老人在佩戴了监测设备后，远在医院的医生便可以看到实时的数据，并对患者或者老人实行监测或诊断。3硬件设备可以通过整合等手段减少体积，使佩戴者带着更加舒服便利。设备可以设计成像手表一样，使佩戴者不会有额外的负担。参考文献1 贝克.嵌入式系统中的模拟设计.北京：北京航空航天大学出版社，2005.2Philips Semiconductors.The 12c-Bus Specification Version(2.1).2000/2001-03-24.3 北京教育科学研究院.无