基于zigbee的无线传输脉搏检测系统设计_图文

1、研究论著基于的无线传输脉搏检测系统设计王芳吴效明（华南理工大学生物医学工程系。广州）【摘要】目的：设计了一种基于技术的无线传输脉搏检测系统。方法：由控制单元将脉搏传感器采集到的人体浅表动脉处的搏动信号通过模拟电路的预处理。经数模转换后得到数字信号。再将转换后的数字信号传给控制和显示单元中的信息处理单元，进行处理和显示，同时将数据通过无线通讯单元发送到上位机，由上位机存储数据，供医护人员检索和回放。结果：实验表明，此系统能够对人体的脉搏信号进行实时采集，同时可通过无线网络进行实时、安全、可靠的通信。结论：该检测系统通过运用无线通信技术，可以通过人体随身携带的无线终端采集到脉搏数据使采集系统具有移

2、动性，因此能广泛适用于健康运动监测、医院移动监测等领域。【关键词】；脉搏渡；检测系统；【中图分类号】文献标志码】【文章编号】（），（，），鼠眦，他啪咖，煳【。，（）：，】；引言脉搏信号】是人体重要的生理信号。其中包含人体重要的生理病理信息。在我国传统医学中，脉诊在中医诊断中占有重要地位。脉诊就是从脉搏信号中感知人体的病理信息。随着现代科技的发展特别是信号检测处理技术及计算机技术等信息技术的发展。人们对脉搏信号的检测分析进行了很多有意义的研究脚。以往的解决方案是采用有线方式，这种方式主要有两个缺点：一是在监测过程中，被监护者受身上安装的传感设备限制，难以自由灵活地移动，很不舒服；其次，系统没有扩

3、展性，造成监测设备线路复杂混乱，医护人员不易操作。本课题研究的脉搏检测系统采用基于的无线传输技术。可以通过人体随身携带的无线终端采集到脉搏数据，使采集系统具有移动性避免了固定设备给患者带来的不便并且可以采集到人体活动时的 收稿日期：伽哼一修回日期：卸基金项目：广东省科学技术厅研究基金项目（）作者简介：王芳（一）女河南新乡人硕士研究生。主要研究方向为生物医学信号检测及传感器设计：吴效明（），男四川内汀人。教授，博士生导师，主要从事医学仪器开发、医学图像处理等研究工作。脉搏信号。是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低数据率、低成本的无线传感器网络技术。它依据标准。能在上千个微小的传感器之间相互协

4、调。实现通信，可完成数据的采集、量化、处理、融合及传输，是无线通信领域的一个新的研究热点在运动健康监护领域和医疗健康监护领域都有着广泛的应用前景。系统设计分析人体脉搏波检测系统的整体结构如图所示。本结构主要由部分组成：脉搏信号采集单元、控制单元和无线发送单元。系统工作流程如下：）显示豳槲介纠）移妙报警圈系统的整体结构首先由控制单元发出开始检测脉搏信号的指令。脉搏检测模块开始工作；然后，将脉搏传感器采集到的人体医疗卫生装备年月第卷第期一研究论著浅表动脉处的搏动信号通过模拟电路的预处理送至进行数模转换；最后，再将转换后的数字信号传给控制和显示单元中的信息处理单元，一方面对接收到的数据进行处理和显示

5、，另一方面将数据通过无线通讯单元发送到上位机由上位机进行存储数据，供医护人员检索和回放。脉搏检测模块的硬件电路设计单片机在本研究设计的模块中，采用公司生产的芯片实现了模块的整体控制。采用了以往芯片的架构，在单个芯片上整合了射频（）前端、内存和微控制器，此外还集成了具有的可编程闪存和的，还包含模拟数字转换器、几个定时器、协同处理器、看门狗定时器、晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路以及个町编程引脚。分为个部分即采样，将模拟信号采样转变为数字信号，包括采样率、采样路数等；八位控制处理单元，完成对信号的滤波、增强、压缩等数字处理；无线通讯单元，将信号传输到上位机，供护士或者医生实时观察。

6、信号处理生物电信号具有阻抗高、信号弱、频率低等特点，而且处于严重的背景噪声之中。基于这些特殊性应用于人体生理信息测鼠的模拟电路应具有高输入阻抗和高共模抑制比；为适应生理信号幅度和输出的幅度范围。应有足够大的增益；电路既要滤除各种干扰又要频带合适以便得到信号检出时的最大保真度。因此，本研究设计的脉搏波信号的检测部分由传感器电路、前置放大电路、滤波电路、主放大电路组成，通过转换，最终将脉搏波的信号转换为高低的电平信号输出。模拟信号处理电路如图所示。图模拟信号处理电路传感器电路设计根据脉搏测量原理嘲，压力式脉搏传感器用于感测静压力和脉搏波的混合信号，并将其转化为电压信号。由于压力式脉搏传感器的输出为

7、微弱信号。幅值在需要先放大，再进行下一步处理。本系统脉搏传感器采用压电薄膜式压力传感器。薄膜（聚偏氟乙烯）具有明显的压电特性，其压电常数比砑压电陶瓷高倍而密度却只有压电陶瓷的。它具有很高的强度与很宽的频响（），材料薄（几微米至几百微米）而柔软，具有很好的时间和温度稳定性。前置级放大电路本系统选用美国公司的精密仪表放大器作为前置放大器，它具有差动输入、输入阻抗高、可变增益输出、共模抑制比高等特点，非常适合对微弱的电压信号进行放大。由于后面还要对信号进行主放大。所以前置级的放大倍数不能太大，以免波形失真。本系统在前置级只放大倍。滤波和放大电路由于脉搏信号中混有静压力。静压力近似直流，其频率范围为加

8、，脉搏波为准周期信号其频率范嗣为。，通过多次观察和比较仅当系统的高通滤波器采用截止频率，为时，才可以比较好地滤除静压力信号。然而，通过高通滤波器出来的波形里面还混合着一些高频信号因此还必须进行低通滤波，本系统采用截止频率为的四阶低通滤波可很好地滤除高频信号。因为低通滤波出来的信号还是比较微弱，不利于观察和分析所以必须进行放医疗卫生装备年月第卷第期厶刮大。于是我们采用可调的正向放大电路放大倍后，波形的峰值可达到左右，比较利于医护人员的观察和分析。脉搏检测模块的软件电路设计脉搏检测模块的软件设计包括的软件设计、模拟信号的转换以及数字信号的无线发送。的软件设计在软件实现中采用模块化设计将其按功能分为

9、主功能模块和子功能模块等各部分来设计，它包括了转换、信号的滤波与压缩、波形的分析程序、按键中断程序以及数据发送程序和数据存储等。转换的作用是将时间连续、幅值也连续的模拟最转换为时问离散、幅值也离散的数字信号，因此，转换一般要经过取样、保持、量化及编码等个过程。本系统采用单片机自带的位进行采样，设定采样率为。采样过程中。模拟信号输入到的口，由转换得到的数据，通过无线方式发送至上位机，用于波形显示和其他功能的实现。数字信号的无线发送在本系统中，所使用的通信标准为标准同。该设计采用芯片，该芯片符合标准要求可确保短距离通信的有效性和可靠性。利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达。可以实现多点对

10、多点的快速组网。为的数据帧格式提供了硬件支持，处理后的数字信号通过自身携带的无线通讯单元实现了信号的无线传输。实验分析（下转第页）研究论著线发送给主控制器，并将气中所存数据清空。数据处理部分此部分程序包括系统外围各部分接口器件函数、用户参数设定、获取各节点转换数据、数据处理等功能，这些功能由主控制器完成。其工作流程如图所示。结束语圈主控制器流程并尝试将此平台应用到计算机游戏的控制中，利用与计算机的接进行通讯。平台将游戏者的动作进行采集后根据不同的动作信息控制游戏中的人物完成各种动作。取代了传统的键盘或手柄控制，其控制效果较好。该平台应用技术较为先进利用多传感器组成多节点网络。并利用蓝牙技术进行

11、无线通讯。本系统的主要创新点在于其在结构组成上采用了模块化结构，分为传感器信息采集单元、数据处理单元、上位机，这样的模块化设计使得本系统可方便、有效地应用于不同的领域。参考文献】【】宋浩然，廖文帅，赵一鸣基于加速度传感器”的高精度计步器【】传感技术学报，（）：一【】程祥人体动作识别的研究【】计算机知识与技术，（）：【】张大踪。杨涛魏东梅一种低功耗无线传感器网络节点的设计叨仪表技术与传感器，（）：【】强锡富传感器【】北京：机械业出版社，【】王田苗嵌入式系统设计与实例开发【】北京：清华大学出版社【】吴明晖基于的嵌入式系统开发与应用【】北京：人民邮为了验证此平台的实际临床效果，进行了大量的实验，电出

12、版社，一一斗卜卜卜卜一（上接第页一）为了验证无线传输脉搏波检测系统的准确性和可靠性，我们使用该系统对名被测者（静坐状态下）进行脉搏波形检测。第名被测者为男性，身高（；第名被测者也为男性，身高；人均无高血压病史。被测者坐姿，自然放松通过缓慢深呼吸改变自身状态脉搏波传感器放置于手部桡尺动脉搏动处。图和图为采集到的人在平稳状态下的脉搏波形。从结果中。我们可以比较清晰地计算出人的脉搏频率大约都为次。且利用该模块对脉搏频率测量的误差范围在±之内。该模块实现了对人体的长时间监测，因此可以通过脉搏波形在一定时间内的变化及趋势。评价用户的心血管系统的健康状况。聪醚采样次数次圈第名被测者稳状态下脉搏渡

13、采样次数次田第名被测者稳状态下脉搏渡结论上面两个实验结果表明，本研究研制的这种新型穿戴式无线脉搏波检测系统能够长时间地比较准确、可靠地检测到完整的脉搏波形而且通过软件分析可以实时计算出呼吸频率并能根据一定时间内脉搏波形的变化对用户心血管系统的健康状况做出评估。本系统对脉搏的变化具有较高的灵敏性，具有结构简单、成本低、功耗低、易使用等优点。项目经济效益预计达万元。本研究的创新点是把脉搏波检测系统和，无线传感器技术结合起来实现了脉搏信号的无线传输，给患者带来了行动上的便利而且还可以与心电、呼吸、血压等检测模块集成多参数监护系统，为家庭监护、远程医疗等创造了条件。显示出了广阔的应用前景。【参考文献【

14、】费兆馥现代中医脉诊学【】北京：人民卫生出版社，【】罗志昌，张松，杨益民脉搏波的工程分析与临床应用【】北京：科学出版社【】甘素榕，邹涛，翁哲基于的无线通信设计阴科技资讯，（）：【】邓亲恺现代医学仪器设计原理【】北京：科学出版社，【】王炳和高血压患者脉搏信号的采集与频谱分析】声学技术。，（）：【】金观昌，于淼，鲍乃铿多点脉搏波计算机辅助测试系统研究【清华大学学报：自然科学版。（）：【刀王秀梅，刘乃安射频芯片实现无线通信设计忉国外电子元器件，（）：医疗卫生装备年月第卷第期瓦帅啪 基于ZigBee的无线传输脉搏检测系统设计作者：王芳， 吴效明， WANG Fang， WU Xiao-ming作者单位：华南理工大学,生物医学工程系,广州,510006刊名：医疗卫生装备英文刊名：CHINESE MEDICAL EQUIPMENT JOURNAL年，卷(期：2009，30(6引用次数：0次参考文献(7条1. 费兆馥 现代中医脉诊学 20032. 罗志昌. 张松. 杨益民 脉搏波的工程分析与临床应用 20063. 甘素榕. 邹涛. 翁哲 基于CC2430的Zigbee无线通信