便携式病人监控系统的设计和模拟实现

PAGEIV便携式病人监控系统的设计和模拟实现摘要：由于当今社会的迅速发展，人们生活的步伐也越来越快，人们对于医疗设施的要求也更加严格，传统的医疗方式也已经难以满足当代人的需求。因此，本次设计的便携式病人监控系统的设计能够满足人们对新的医疗方式的需求。本次研究采用的是ZigBee通信技术对传感器采集到的数据进行传输，ZigBee通信技术具有功耗低、成本低、速率低、延时短、网络容量高等特点。系统拟采用GPS定位技术对病人进行实时定位监控。本设计采用温度传感器与压力传感器分别对病人的体温与脉搏心率做实时的监测，能够随时了解病人的体温与心率脉搏变化，掌握病人的基本身体状况，做好预防与接受及时的医疗救护。本设计的创新点在于可以对病人进行实时定位，不受地域限制的掌握病人的身体状况。本研究在实验室下，利用传感器通过物联网技术、串口工具等，模拟实现该系统对温度心率的采集。该研究的实现为该系统在实际应用中提供理论依据，能更好的进行实际开发应用。关键词：ZigBee；GPS；传感器

Abstract:Becausesociety'spromptnessdevelopsnowadays,peoplethesteplivingisalsomoreandmorequick,peopleisalsoespeciallystricttothemedicalfacilitiesrequest,thetraditionmedicaltreatmentwayisdifficulttosatisfymodern'sneedalsoalready.Portabletherefore,originallyinferiordesignpatientmonitorssystematicdesignbeingabletosatisfypeopletonewmedicaltreatmentwayneed.TimeofZigBeecommunicationtechnologystudyingbeingadoptingisinprogressoriginallytothedatathatsensoracquisitionarrivesattransmission,theZigBeecommunicationtechnologyhaslow,deferredshort,networkpowerdissipationlowcost,low,ratecapacitiesadvancedcharacteristics.SystemintendstoadoptGPSallocationtechnologytocarryoutlocalizedsupervisorycontrolofrealtimeonthepatient.Thisdesignusesthetemperaturesensorandpressuresensor,respectively,onthepulseofthepatient'stemperatureandheartratetodoreal-timemonitoring,canunderstandthepatient'stemperatureandheartratechanges,tomasterthebasicconditionofpatients,anddoagoodjobinpreventionandreceivetimelymedicalaid.Innovationpointofthisdesignistothepatientcanbereal-timepositioning,footloosegraspofthepatient'sphysicalcondition.Thisresearchinthelaboratory,usingthesensorthroughtheInternetofthingstechnology,serialporttools,simulationtorealizethecollectionofthesystemoftemperatureheartrate.Therealizationofthestudyprovidetheoreticalbasisforthesysteminpracticalapplication,thebetterforactualapplicationdevelopment.Keywords:ZigBee;GPS;Thesensor目录第1章绪论 11.1本设计研究背景 11.2便携式病人系统的介绍 11.2.1便携式病人系统的功能 11.2.2便携式病人系统与物联网 21.3国内外研究发展 31.3.1国内的发展状况 31.3.2国外的发展状况 41.4便携式监控系统的意义 41.5本文研究内容及主要贡献 4第2章系统总体设计分析 62.1系统设计分析 62.1.1系统设计结构 62.1.2系统设计特点 62.1.3系统设计功能 72.2数据的采集 72.2.1体温的采集及数据传输 72.2.2脉搏心率的采集及数据传输 82.3本章小结 9第3章便携式病人监控系统的设计 103.1ZigBee通信技术 103.1.1ZigBee的概述 103.1.2ZigBee工作原理及拓扑结构 113.2GPS定位技术 123.2.1GPS的概述 123.2.2GPS工作原理 133.3本章小结 14第4章系统功能实现 154.1上位机与串口通讯实现 154.2传感器的数据采集 164.2.1温度采集功能实现 164.2.2脉搏心率功能实现 184.3GPS定位功能实现 194.3.1粗略定位解算法 194.3.2定位解算 204.4本章小结 22第5章系统环境配置 235.1 IAR软件的安装及使用 235.2Setup_SmartRFProgr_1.9.0烧写软件的安装使用 245.3串口调试助手的安装使用 255.4传感器的使用 265.4.1温度传感器 265.4.2脉搏心率传感器 275.5本章小结 28第6章总结与展望 296.1总结 296.2展望 29毕业设计体会 30致谢 31参考文献 32英文翻译资料 33第1章绪论1.1本设计研究背景如今社会经济的迅速发展，人们的生活质量越来越高，以及人口老龄化趋势的越发严重，人们的健康受疾病的影响越来越严重，然而人们对于健康状况越来越来关注，将疾病的预防与监控当成一件重要的事，更加注重对身体的保养调理。然而随着生活节奏的加快，更多的人不愿奔波于医院场所，觉得浪了大量的时间在医院没什么必要，一点小病没什么问题，然而等到感到身体不舒适才去就医时，有些疾病治疗却为时已晚，因而对于身体健康的实时监测需求迫切，能够做到既不耽误生活工作也时刻了解自己的身体状况。随着通信、遥感、计算机等技术的飞速发展，新的技术应运而生，便携式的医疗监控系统不仅随身携带方便，而且能更好的实时监测病人的身体状况，将通过传感器监测到的数据实时传给医院，医生就能够随时了解被监测人员的身体状况，并可通过遥感技术对病人的位置时时监测。ZigBee近距离通信技术的迅速发展，使得远程监控逐渐成为可能。更加灵敏的传感器也更好的帮助医生获取病人准确的身体信息。本研究的完成主要在实验室中，利用温度传感器和压力传感器模拟信号采集，并将这些数据通过串口通信发送到pc机，在pc机通过调试助手显示数据信号变化。该研究对该系统的实际应用提供理论基础，能够更好地应用于便携式医疗系统中。1.2便携式病人系统的介绍1.2.1便携式病人系统的功能1.便携式输液系统现在大部分的医院对病人输液是依然采用重力输液的方法，而且需要医护人员不断的去查看输液是否完毕。当今一些新型的便携式输液器，使得输液不受空间限制而且可以长时间输液，该输液器还可以根据病人及药物种类自行调控输液的流量，输液完毕时通过传感器发出警报，操作简便节省人力。2.便携式血压计如今一些便携式血压计采用压力传感器测量血压值，并通过A/D转换器将信号转换成数字信号显示出来。便携式血压计重量小，便于携带，可以长时间的测量病人的血压值，而且减少干扰和伪差带来的影响，方便医生实时了解病人真是的血压状况。3.便携式智能血糖测试仪血糖的监测对糖尿病的诊断、控制和治疗起着重要作用，长时间测定血糖可以防止疾病恶化并减少并发症的发生。便携式血糖仪减少了传统血糖检测的复杂步骤，并且可以随时测定病人血糖值以了解到病人一日内的血糖波动及平均值。便携式血糖仪由于携带方便，可以在家庭中使用，减少长期奔波于医院的麻烦。4.便携式心电仪现在医疗使用的用于监护心电的设备包括常规心电仪与动态心电仪。常规心电仪主要应用在医院，可以长时间连续的监测病人的心电变化，但其笨重不便携带。动态心电仪便于携带，并能够检测病人的心电信息但不能实时分析数据。便携式心电仪能够长时间检测病人心电状况，并将心电信号传输到医院终端，以供医护人员处理分析病人心电变化情况，便于病情的及时诊疗。5.便携式体温监测仪便携式体温监测仪能够实时的监测病人的体温，不在需要医生定时的去测量病人的体温绘制体温变化曲线，无需医生长时间与病人接触就能够实时了解病人的生理状况。1.2.2便携式病人系统与物联网图1.1便携式输液与物联网图1.2智能医疗系统图1.3智能医疗1.3国内外研究发展1.3.1国内的发展状况在我国，如今ZigBee技术在许多领域都有应用，甚至一些我们根本想不到的领域也在应用ZigBee通信技术。例如，在工业领域，利用ZigBee进行照明控制，工程师可以不用到现场就能够通过计算机监测各照明灯具的工作状况。在煤炭领域，利用ZigBee技术的路由节点使用功能，将其应用于对矿区内的安全进行实时监测，以做到提前发现事故隐患。在一些加油站内，有些客户希望改变传统的布线方式进行数据传输，他们也在考量使用ZigBee通信技术来传输加油站内的数据信息。在现今的工业领域，使用传感器与ZigBee技术对设备与环境的一些数据信号进行自动监测，让操作人员对数据信息的分析处理变得简洁方便，并将其当成决策辅助系统的一部分。在汽车领域，主要使用通用的传感器进行传输信息。然而在汽车的构造内，大部分的传感器使用都需要嵌入在汽车部件的内部，比如用于监测发动机运转状况的传感器，这使得对设备及传感器的供电的电池具有较长的使用时间，并且能够减少内部运行环境对其信息采集带来的影响。在医疗监控领域，使用传感器与ZigBee技术能够准确实时的检测病人的生理健康状况的变化，比如血糖、体温、脉搏心率等信息，该技术的应用减轻医护人员定时检测病人身体状况的负担，有利于帮助医护人员及时地分析处理病人的数据信息，做到对疾病的监控和预防。然而我国医疗领域在便携式的医疗设备的发展相对落后，现在用的较多的是心电监护仪，但这种监护仪的使用时间有限，一般为24小时用于监控病人的心电状况，但使用起来不太方便,而且能量的使用的时间较短。近年来，研究人员将ZigBee应用于便携式的医疗监护系统，对病人在医院外进行数据传输，设计出一款基于ARM和ZigBee的远程医疗监护系统，既实现对病人的远程监测，又能对病人数据库的数据进行处理。2007年，上海交通大学医学院发表声明他们研究并成功建设了无线远程心电监控技术服务平台，该平台在国内是第一个建成的远程医疗系统，该系统能够实时的监测病人的心血管状况，帮助医生作出及时的诊断与提前预防。2010年，武警总医院建成了全国首个急诊远程监护室，能够对病人的心电状况进行实时监控。1.3.2国外的发展状况在一些发达国家，如北美与欧洲一些国家，远程医疗监护系统比较成熟完善。1988年，美国一些研究人员对远程医疗监控系统作出明确定义，将其归为分布式的系统。2006年，UniversityofAarhus（奥胡斯大学）开发完成A2ware系统，A2ware系统能够帮助医护人员对病人进行诊断，可以将病人的生理信息迅速的传输给医生。随着远程医疗监控系统的兴起，世界其他一些国家也相继展开远程医疗监控系统的设计开发。2003年，苏黎世eth大学为一个患有心脏病和呼吸疾病的人研究设计可穿戴的基于-AMON的医疗监控报警系统，该系统对病人的血糖、心率、血压进行监控。同时一些世界领先的电子、信息产品的生产商也投身于远程医疗监护系统的研发，例如Intel的proactivehealth项目意在建立一个计算机系统的传感器网络帮助病人在居家环境下了解、管理自己的健康状况。1.4便携式监控系统的意义随着经济的发展社会的进步，人们生活的节奏越来越快，同时人们也更加注重身体的健康，更希望能够在家庭生活环境中实时监测自己的健康状况而不是长时间奔波于医院。并且科学技术的迅速发展，通信技术与计算机技术的飞速发展，智能型生活也逐渐进入人们的日常生活，便携式的医疗监控系统能更好的满足患者的需求，让病人可以在任何地方任何时间都能够了解身体的生理信息。1.5本文研究内容及主要贡献本设计报告主要针对便携式病人监控的体温与脉搏心率进行监测，介绍借用传感器采集体温与脉搏心率数据的过程，ZigBee无线通信技术等内容。本设计报告在结构上共有六个章节，章节内容安排如下：第1章是绪论，主要介绍本便携式病人监控系统的研究背景、国内外的研究发展状况，并且简要说明该设计的意义。第2章系统总体分析，分析针对当今社会的需求，并介绍系统设计的原理与思路，对便携式体温与脉搏心率数据采集的优点作简要说明。第3章是系统关键技术的介绍，首先介绍ZigBee无线通信技术的定义和应用发展前景，其工作原理以及网络拓扑结构。然后介绍GPS的定义和发展，以及其结构和工作原理。第4章是其软件功能实现部分，详细介绍体温和脉搏心率数据采集的算法实现，并简要说明GPS定位的两种算法。第5章系统的介绍该设计所需的环境配置。介绍IAR软件的安装使用并配有相应的截图，介绍仿真器少些软件的使用并配有相应的截图，最后介绍本次设计中传感器的使用以及实验的结果截图。第6章是总结与展望，主要总结本设计总体概况并对其存在的限制以及可改善的地方进行说明。展望未来对该设计的使用的期待。第2章系统总体设计分析2.1系统设计分析本便携式病人监控系统的设计是为了满足病人对于生理各项数据指标的监测，可以让病人在任何地方任何时候都能够了解自己身体的生理变化，能够时刻监测病人的体温、心率的变化，而且采用GPS定位技术，能够帮助医生准确的了解病人所在的位置，便于医护人员对于病人的突发事故作出第一时间的救助。此次设计的模拟实现是在实验室的环境下，是一种短距离的传输实现。2.1.1系统设计结构本设计采用温度传感器与测脉搏心率的传感器，对病人的体温和脉搏心率进行数据采集。利用ZigBee无线通信技术将传感器采集的数据信息发送到终端，医护人员可以根据传输过来的数据进行分析处理。本设计的模拟实现在实验室中模拟采集温度与脉搏的跳动的数据，并将采集的数据通过串口通信在上位机中显示出来，在终端上观察数据的变化。本次设计实验在实验室的环境下模拟实现，利用传感器感应人体温度与脉搏心率的变化，并将温度脉搏心率的变化发送到上位机，在上位机中通过窗口显示出来。图2.1系统的信号传输图2.1.2系统设计特点在该系统中，作为无线传感节点的病人组成自组网，通过中继方式将数据传到作为路由节点的基站，再由基站将数据传送到终端助手。表2.1短距离无线通信技术比较该系统利用ZigBee传感器网络，该传感器网络是一种大规模的、可自行组织的、动可靠的、以数据为中心的网络。其大规模主要体现在范围与传感器的数量，传感器网络的大规模能够提高数据采集的准确度与容错性，使得监测范围能够全覆盖。具有自组织能力的节点，可以自行配置管理，形成具有转发监测数据功能的无线传感网络。动态性要求其能够对外界因素变化作出调整以适应变化。传感网络软硬件的鲁棒性和容错性使其成为一种可靠的网络，能够在环境恶劣的情况下，依旧保持着其通信的保密性和安全性，预防监测数据被盗与伪造。传感器网络的研究设计是根据每个具体的领域，ZigBee传感网络是一个面向任务的以数据为中心的网络。[6]2.1.3系统设计功能基于ZigBee无线通信技术的便携式医疗监控系统可以实时的检测病人的体温、脉搏心率的变化，并将检测的数据以无线通信方式发送到pc机，该方式不仅简化了医护人员的工作负担，而且能够帮助医护人员准确详细的了解病人的生理健康状况。将ZigBee技术的传感节点安放在病人身上，尽量使其不对病人的生活产生影响。本研究在实验室的环境下，实现对温度与脉搏的采集，并将结果通过串口显示在串口调试助手中。2.2数据的采集2.2.1体温的采集及数据传输体温的监测与数据采集是临床诊断疾病的重要指标，同时体温也是最容易测量的生理指标，而且体温的准确与及时性测量有助于疾病的诊断和治疗。然而现在医院大都采用水银体温计，这样耗费大量人力并对体温的规律性监测比较复杂，会降低疾病监测的效率，给疾病的治疗带来延误。因此采用便携式监控系统，该系统既能实时监测病人的体温变化，又节省医护人员花费大量时间去帮助病人测量体温。该便携式病人监控系统满足了病人与医护人员的需求[17]。本设计模拟采用SHT10温度传感器对人体的体温进行采集，SHT10是一种已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，其测温精度为±0.5摄氏度[7]。将传感器与电脑连接好,打开上位机的运行串口,可以观察到室内的温度,通过人体皮肤去触摸传感器,传感器便会将采集到的温度传到上位机进行显示出来。如果在实际应用时，一方面采用的是无线传输，通过ZigBee无线通信技术将数据发送到终端主机，终端主机会对发送来的数据进行处理。另一方面该温度会在病人携带的设备上显示出来，以供病人实时观测自己的体温变化。图2.2温度传感器工作流程图2.2.2脉搏心率的采集及数据传输脉搏隐含着人类身体的审理病理信息，心脏左右心室规律性的收缩与舒张致使人体主动脉的收缩与舒张，从而会形成脉搏的震动变化。脉搏波的形态、强度、速率等信息能够显示人体心血管系统中的血流特征。脉搏波的跳动可以通过脖子、手臂等部位监测出来，对其的采集分析能够预测心血管疾病的发生并能及时的采取救护措施，使心血管疾病得到及时的治疗。脉搏心率传感器可以采用一种微压力传感器，将该种传感器贴近人体皮肤就能够监测到人体的脉搏跳动，并且能够将脉搏跳动的压力转化成信号输出，通过测量仪器可以观测脉搏跳动的规律性与强度。将采集的信息发送到终端，供医护人员监测分析病人的心率变化，掌握病人的心血管疾病状况[12]。在本次的研究设计演示过程中，实现将传感器感应到的数据信息发送到pc机，在pc机上实时显示数据信号变化。图2.3脉搏传感器工作流程图2.3本章小结本章主要系统的介绍下该便携式病人监控系统的设计需求分析，并简要的说明温度、脉搏心率的采集与传输的过程。本章所讲的数据采集与传输的实现都是在实验室环境下进行的模拟实现。第3章便携式病人监控系统的设计3.1ZigBee通信技术3.1.1ZigBee的概述ZigBee技术是在IEEE802.15.4的基础上发展的，但IEEE只是处理网络层以下的低层次的协议，因此ZigBee联盟扩展了IEEE，将其网络层的协议和API接口进行了标准化。ZigBee是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。ZigBee主要应用于距离较近的无线连接，其拥有自己的协议标准，能够实现数千个微小的传感器之间相互协调通信。这些传感器需要的能量很少，它们以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。ZigBee是一个由可多到65000个无线模块组成的一个无线网络平台，跟移动通信的CDMA网或GSM网十分相似，每一个ZigBee网络模块类似移动网络的一个基站[15]，在整个ZigBee网络范围内，它们之间能够进行相互通信；每一个网络节点之间的距离能够从标准的75米，扩展到几百米，甚至几公里；另外整个ZigBee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。ZigBee堆栈是在IEEE802.15.4标准基础上建立的，ZigBee堆栈包括IEEE802.15.4的物理层和MAC层，以及ZigBee堆栈层：网络层(NWK)、应用层和安全服务提供层。从应用角度看，端点到端点的连接是通信技术的本质，每个接口都可以接收(用于输入)或发送(用于输出)簇格式的数据。一般ZigBee具有二个特殊的端点，即端点0和端点255。整个ZigBee设备的配置和管理是使用的端点0，应用程序能够通过端点0与ZigBee堆栈的其它层进行通信，从而能够实现对其他层的初始化和配置[18]。ZigBee技术的全部端点均靠应用支持子层来实现功能。应用支持子层由网络层作为功能实现的基础，在ZigBee中能够实现设备之间通讯与对其初始化的一系列活动均靠网络层实现。应用层能够依靠ZigBee实现多种功能，如利用其对网络层实施一般的查看和简单的配置。ZigBee中各层的依靠sap（服务接入点）和802.15.4MAC层实现通讯功能，服务接入点是实现连接各层与其上层实现一定功能的接口。ZigBee的服务接口点主要有数据实体与管理实体两大接口。其中数据实体接口能够为其上层应用及时传送需要的数据信息，而管理实体接口就是为了能够实现对上层的访问、监管与配置。下图图一为ZigBee协议栈的结构示意图：图3.1ZigBee协议栈结构ZigBee的功能依靠协调器、路由器、终端设备等来实现。ZigBee协调器作为传感网的开启与设置基本参数，能够一直使用间接寻址所用的表格，提供关联服务，并且能够策划一些活动。一个ZigBee网络只能够允许拥有一个ZigBee协调器。ZigBee的路由器就为提供关联服务的，可以把信息发送给其他的装置。ZigBee的3个拓扑类型中，只有星型网络不具备路由器的功能，其他两个网络类型均能够拥有不止一个ZigBee路由器。ZigBee的终端设备能够为其有关的功能提供服务，同时优化ZigBee传感网以使其能够与别的设备进行通讯。它的存储器容量要求最少。3.1.2ZigBee工作原理及拓扑结构基于ZigBee的无线设备工作在

868MHZ,

915MHZ

和

2.4Z

频带。其最大数据速率是

250Kbps.

ZigBee技术主要针对以电池为电源的应用，这些应用对低数据速率、低成本、更长时间的电池寿命有较高的需求。在一些ZigBee应用中，无线设备持续处于活动状态的时间是有限的，大部分时间无线设备是处于省电模式（也称休眠模式）的。因此，ZigBee设备在电池需要更换以前能够工作数年以上。ZigBee技术具有强大的组网能力，可以形成星型、树型和网状网，可以根据实际项目需要来选择合适的网络结构。星形拓扑是最简单的一种拓扑形式，该拓扑包含一个Co-ordinator（协调者）

节点和一系列的

EndDevice（终端）节点，协调器负责发起和维护网络中的设备，每一个EndDevice

节点只能直接和

Co-ordinator

节点进行通信。树形拓扑包括一个Co-ordinator（协调者）以及一系列的

Router（路由器）

和

EndDevice（终端）节点。在该拓扑图中，ZigBee协调器负责启动网络，选择某些关键的参数。MESH

网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过“多级跳”的方式来通信；该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能。图3.2ZigBee结构拓扑图3.2GPS定位技术3.2.1GPS的概述GPS（GlobalPositioningSystem）即全球定位系统，是由美国的国防部研制的卫星导航定位系统，该定位系统是以卫星作为基础的一种无线电导航系统，GPS适用于陆地、海洋、航空航天等范围，还具有全球性、全天候、连续性和实时性定位功能。因地球在天球空间中的位置是不稳定的，故协议用wgs84某一刻的北极点指向位置。GPS高稳定度的频率标准是其定位成功的关键所在，因此其核心部件采用的是高精度时钟、导航电文存储器、双频发射和接收机以及微处理机。为了降低时间误差引起的距离误差，在GPS工作卫星上安装两台铷原子钟和两台铯原子钟[9]。GPS信号接收机分为天线单元和接收单元两部分，用来接收信号以计算出信号发出点的位置，接收机可以分为导航型接收机、测地型接收机、授时型接收机。GPS定位是结合了GPS技术、无线通信技术(GSM/GPRS/CDMA)、图像处理技术及GIS技术的定位技术。3.2.2GPS工作原理微处理器是GPS接收机的中心部件，能够获取信号卫星，并依据预先制定的航路点坐标和单点定位测站位置计算其中导航定位参数。图3.3GPS接收机原理图GPS是利用无线电测距交会的原理，依靠至少三个预先测量的位置交会计算得出卫星的铜件位置，相反的依靠三颗卫星也可交会出地面未知点（用户接收机）的位置。图3.4GPS定位原理图3.3本章小结本章主要介绍本研究设计便携式病人监控系统所使用的ZigBee无线通信技术与GPS定位技术，章节主要分为两大部分：（1）对ZigBee无线通信技术进行整体概述，涉及ZigBee的概念、特点、拓扑类型以及其工作的原理。（2）对GPS定位技术进行整体概述，涉及GPS和接收机的概念、特点以及工作原理。第4章系统功能实现4.1上位机与串口通讯实现串口发送部分代码如下：voidUartTX_Send_String(unsignedchar*Data,intlen)//串口发送函数{ intj; for(j=0;j<len;j++) { U0DBUF=*Data++; while(UTX0IF==0); UTX0IF=0; }}voidUartTX_Send_Data(unsignedcharData,intlen)//串口发送函数{ intj; for(j=0;j<len;j++) { U0DBUF=Data; while(UTX0IF==0); UTX0IF=0; }}中断延时函数：voiddelay(void){ unsignedinti; unsignedcharj; for(i=0;i<1500;i++) { for(j=0;j<200;j++) { asm("NOP"); asm("NOP"); asm("NOP"); } }}#pragmavector=URX0_VECTOR//uart0中断函数__interruptvoiduart0(void){URX0IF=0;//清中断标志P0_0=~P0_0;uart_buffer=U0DBUF;//UartTX_Send_String("welcome",10);UartTX_Send_Data(uart_buffer,1);}4.2传感器的数据采集4.2.1温度采集功能实现温度传感器温度采集的代码实现如下：voidmain(void){ unsignedlonglTemp; floatRHTValue; unsignedcharbuf[8]; P0DIR|=0x01;//设置P0.0为输出方式；P0.4和P0.5为输入方式 P2DIR|=0x01;//设置P2.0为输出方式 P0_0=1; P2_0=1;//熄灭LED CLKCONCMD&=~0x40;//选择32M晶振 while(!(SLEEPSTA&0x40));//等待XSOC稳定 CLKCONCMD=0xb8;//TICHSPD128分频，CLKSPD不分频 SLEEPCMD|=0x04;//关闭不用的RC振荡器 PERCFG=0x00;//位置1P0口 P0SEL=0x3c;//P0用作串口 U0CSR|=0x80;//UART方式 U0GCR|=10;//baud_e=10; U0BAUD|=216;//波特率设为57600 UTX0IF=1; U0CSR|=0X40;//允许接收 IEN0|=0x84;//开总中断，接收中断 Sensor_PIN_INT(); UartTX_Send_String("Testing...\r\n",12); while(1){ lTemp=ReadSHT1(3);//14bit温度lTemp=lTemp>>8;RHTValue=lTemp;RHTValue=0.01*RHTValue-39.64;buf[0]=(uint8)RHTValue;//温湿度传感器温度 buf[0]=(((buf[0]/10)<<4)+(buf[0]%10)); buf[1]=(buf[0]>>4)&0xf; if(buf[1]>0x9) buf[1]=buf[1]-0XA+'A'; else buf[1]=buf[1]+'0'; buf[2]=(buf[0])&0xf; if(buf[2]>0x9) buf[2]=buf[2]-0XA+'A'; else buf[2]=buf[2]+'0'; lTemp=ReadSHT1(5);//12bit湿度lTemp=lTemp>>8;RHTValue=lTemp;RHTValue=0.0405*RHTValue-4-2.8*RHTValue*RHTValue/1000000;buf[3]=(uint8)RHTValue;//温湿度传感器湿度 buf[3]=(((buf[3]/10)<<4)+(buf[3]%10)); buf[4]=(buf[3]>>4)&0xf; if(buf[4]>0x9) buf[4]=buf[4]-0XA+'A'; else buf[4]=buf[4]+'0'; buf[5]=(buf[3])&0xf; if(buf[5]>0x9) buf[5]=buf[5]-0XA+'A'; else buf[5]=buf[5]+'0'; UartTX_Send_String("Temperature=",14); UartTX_Send_String(&buf[1],1); UartTX_Send_String(&buf[2],1); UartTX_Send_String("",4); UartTX_Send_String("humidity=",11); UartTX_Send_String(&buf[4],1); UartTX_Send_String(&buf[5],1); UartTX_Send_String("\r\n",2); delay(); }}//endofmain()4.2.2脉搏心率功能实现脉搏心率传感器的代码实现如下：voidmain(void){ uint16AdValue; floattemp; unsignedcharbuf[8]; Sensor_PIN_INT(); UartTX_Send_String("Testing...\r\n",12); while(1){ AdValue=ReadAdcValue(0x6,3,2);AdValue=AdValue>>6; temp=AdValue; if(temp>0x24){ temp=(temp-0x22)*200/0x12; } else temp=0; buf[0]=(uint8)temp;//压力 buf[1]=buf[0]/100; buf[2]=buf[0]%100/10; buf[3]=buf[0]%10; if(buf[1]>0x9) buf[1]=buf[1]-0XA+'A'; else buf[1]=buf[1]+'0'; if(buf[2]>0x9) buf[2]=buf[2]-0XA+'A'; else buf[2]=buf[2]+'0'; if(buf[3]>0x9) buf[3]=buf[3]-0XA+'A'; else buf[3]=buf[3]+'0';UartTX_Send_String("Press=",8); UartTX_Send_String(&buf[1],3); UartTX_Send_String("g",1); UartTX_Send_String("\r\n",2); delay(); }}//endofmain()4.3GPS定位功能实现GPS定位是一种非线性的方程，一般的处理方法是按泰勒级数展开后可以取一项进行线性化，再利用最小二乘法原理求解，如果所取的观测站坐标的初始值有较大的偏差，略去二次微小量的模型误差，对解算结果将产生不能忽略的影响。本节主要是研究分析了GPS测码伪距绝对定位的传统算法，其中简单介绍两种定位算法[9]。4.3.1粗略定位解算法假定按照星历参数已经得到其中四颗卫星在wgc-84坐标系中大致坐标为，，，，将GPS接收机的坐标假定为，钟差，伪距观测值分别为，同时考虑好了对进行各种可能存在误差的调整，然而GPS接收机的时钟信号与系统的时差最大可为±175纳秒左右，即便是误差接近±175纳秒，因为卫星的轨道距离地面20200km，因此得到GPS接收机大致坐标的时候就可以不用再将GPS接收机钟差产生的伪距测量误差考虑到方程式中。于是，GPS接收机的概略坐标就能够带入以下观测方程式中由于将上述四颗卫星的坐标带入该方程中构成的方程组的未知数较多，将方程组中各方程两边平方后，再用下面三个方程依次减去第一个方程，就可以得到一个关于接收机近似坐标的方程组将上述方程组写成矩阵的形式：式中由以上矩阵得概略坐标解为：4.3.2定位解算将上述观测方程中的已知项用表示，即得到：式中：是观测误差方程的常数项将上式写成矩阵形式：式中：X是可设定的参数矢量A是未知参数的系数矩阵L是常数项矢量V是改正数或残差矢量当今的GPS接收机能够接收发送参数的卫星一般为4--12颗，所以基于用户接收机的观测卫星的数量，会出现两种定位解算情况：（1）当只观测到的卫星数为4时，即N=4此时能够不考虑随机误差，求得代数解。即所以其代数解为（2）当观测到的卫星数量在4颗以上时，即12>N>4此时随机误差不可忽略，采用最小二乘法求解，即组成法方程对法方程进行求解运算，即得矢量X：经过上述步骤的解算，就可以计算出。接着按下面的矩阵就可以计算出接收机位置的具体坐标值。然而在开始的定位计算步骤时，对于卫星刚开始方位的确定相对简略，于是只计算一次得到的坐标值误差较大，所以需要迭代求解几次，等能够得到第（n+1）次求解得到X（t）n+1等于第n次求解得到的X（t）n。或按照用户要求的定位精度，规定为一个具体额定值，作为结果的解决方案。上述算法已经能够计算求解出GPS接收机在wgs-84坐标系下的坐标值，然而这样的计算在定位时既不直观，也不方便，因此用通常要转换成大地坐标系，即大地经度，纬度，高度。当由空间直角坐标转换为大地坐标时，通常可采用下式：式中：N——；a——地球椭球长半径e——地球椭球偏心率4.4本章小结本章主要介绍的是该设计功能实现的主要算法，包括温度脉搏心率传感器采集信号的代码实现，并且简要介绍定位功能的实现算法。第5章系统环境配置5.1 IAR软件的安装及使用IAR的使用方法：（1）打开IAR软件后，选择Project下拉菜单的CreateNewProject，选择Emptyproject，设置工程名称并以.ewp类型保存。（2）添加工程的配置，选择Options选项，将Device指到文件CC2530.i51中并选择器件CC2530。点击左栏的linker，勾选Outputfile的Overridedefault，将.d51改成.hex类型。这样工程编译链接成功后，工程文件夹写会自动生成可供仿真器烧写的.hex文件。（3）添加文件，在IAR新建文件后，将文件以.c类型保存，右击test_Debug，将刚保存的.c文件添加到工程中，编写好.c的程序编译链接后就可以烧写了[8]。图5.1IAR打开界面图图5.2IAR算法编辑界面5.2Setup_SmartRFProgr_1.9.0烧写软件的安装使用只需将其解压后便会得到SmartRFProg.exe文件，打开软件可进行程序烧写。烧写过程如下：用USB连接线将仿真器与主机进行相连，将传感器与仿真器连接，当仿真器上绿色灯亮时就可以将程序烧写到传感器上[8]。其烧写界面如下：图5.3烧写界面5.3串口调试助手的安装使用在串口调试助手界面，选择实验对应的串口号，设置串口的波特率、数据位数、停止位等，打开串口便可将网关机与电脑相连观察实验现象。串口调试助手界面图5.4如下：5.4传感器的使用传感器是一种把特定的物理量、化学量、生物学量等被测信息按一定规律转化成能够用信号输出的器件或装置。传感器一般由敏感和转换元件组成，以电量的形式输出信号。敏感元件是感应被测量的信号，转换元件能够将被测量信号转换成适于输出的信号，使用信号调理转换电路对信号进行放大与运算。传感器具有静态特性与动态特性，传感器的灵敏度、线性度、迟滞、重复性可以用来描述其静态特性。传感器的选取要适应使用的环境、测量对象、测量误差大小等因素。5.4.1温度传感器温度是通过物体随温度变化的特性间接测量的。温度传感器的原理是热平衡原理，利用该原理制成各种接触式的温度计。将通过仿真器烧写好的温湿度传感器用USB与电脑相连，待传感器上显示灯亮则可以利用该传感器进行温度采集[8]。温度传感器的连接如下图5.5：图5.6结果截图5.4.2脉搏心率传感器脉搏是人体的基本生理信息指标，脉搏是可以反映人体健康状况的直观信息之一。该传感器通过将脉搏微小的跳动放大，将信号显示出来。将要实现的功能代码烧入传感器中，再将该传感器通过USB连接线与电脑相连，待传感器上显示灯亮就可以进行信息数据采集。[7]5.5本章小结本章主要介绍本设计所需的环境配置，包括软件的安装与传感器的连接与使用。本章也介绍各软件的使用方法并配有相应的截图。第6章总结与展望6.1总结本设计中，利用ZigBee无线通信技术和温度压力传感器制作了便携式病人监控系统，在无线通信技术中ZigBee具有低功耗、低成本、低速率、短延时、高网络容量等特点。并利用GPRS遥感技术能对病人的位置进行实时监控，能够将通过传感器采集得到的数据传输到计算机上，便于医生及病人及时了解病人的身体状况。本文中主要介绍了z-stack协议中ZigBee无线通信技术，说明对病人定位的实施，能够使用灵敏传感器来采集病人的生理信息数据。而本次设计研究主要在实验室中，利用传感器采集数据信号。并将数据信号发送到串口，在助手界面显示出来。若在实际应用的话，还需做许多改进之处，并借用本次的研究成果。然而，目前的远程医疗监控系统的各技术还不够成熟，该便携式病人监控系统的设计还存在一些问题，有许多改进之处：（1）外界环境对传感器采集信息的影响比较大使得信息的采集数据不够准确。尽量改进使影响降至最低。（2）信息在远距离传输时信号的干扰问题，应保证信号强度减弱较少。（3）该便携式病人监控系统应增加监测的内容，如血压，血糖等形成一个完善的便携式综合系统。6.2展望由于资源和时间有限加之本设计的模拟实现是在实验室环境下是实现的，本设计的完成实现还有许多不足之处，以后有条件可以继续研究扩展该便携式病人监控系统的功能，增加该系统监测的内容更全面的了解病人的各项生理指标；将组网的覆盖范围扩大，能够让病人的生活空间增大，有更多的活动范围；能够将仪器设计的更加精小轻盈，便于病人携带；在随身携带的仪器上增加显示屏，让病人也能够随时看到自己身体的生理信息变化。毕业设计体会通过此次毕业设计课题便携式病人监控系统的设计和模拟实现的设计，我学习到许多在大学期间接触很少的知识。从本次毕业设计选题到最终的定稿，一步步做下来，刚开始着手做该设计的时候，对于ZigBee无线通信技术的了解甚少，但经过查阅各种资料慢慢熟悉了解ZigBee通信技术的特点、结构、拓扑等一系列的知识。对于GPS的技术也有更多的理解。通过指导老师的细心指导，设计也渐渐的完成。作为物联网方向的学生，选择这样一个课题，增加了对传感器的了解，对于数据采集与无线传输实现方面的知识也有所掌握。物联网智能方面的发展前景很好，这次的毕业设计是一次很好的接触机会。一开始对传感器的会用不太了解，然而当你真正的花时间花精力去做设计时，慢慢地就对传感器有了一定的了解，但现在对不同传感器的工作原理方式还不是彻底了解，在以后漫长的时间里定会更多的了解计算机硬件方面的知识。做设计是一种体验，做设计报告又是另外一种体验。做设计报告总是要查阅许多资料，不断的到学校图书馆的机房中，通过知网查找相关的资料，对查找来的资料进行研读分析比对，确定自己设计报告的排版与所要包含的相关内容。我觉得这种学习方式是最容易获取方式的，因为自己必须投入百分百的精力去做这件事。随着时间的推移，设计报告一点点随着设计的思路与需求逐渐完成，真的能够感觉自己从中学到的不单单是做好设计那么简单，而是让自己以后能更好的独立学习，完成独立的工作。一个设计研究的完成，想着会觉得挺简单的，但实际做起来就会觉得好多东西都是要了解的。大学期间有这样的一次设计真的是一次很好的体验。

致谢通过这几个月的努力，我的便携式病人监控系统毕业设计基本完成。虽然这次的设计我做的不是很好，但该设计的每一个方面的知识大体还是都了解的。毕业设计的时间虽然短暂，但我从中学到的知识还是很多的。在这一段时间里，我和另外两个同学一起做实验，当遇到问题时会讨论怎么样解决，找到解决的办法。当然，设计的完成也少不了指导老师夏劲伟老师和其他老师的帮助。在便携式病人监控系统的研究设计中，融合了部分大学所学课程知识，将书本知识应用于实际的设计中，能够真正做到学有所用，所以我也要感四年以来教过我、给予我很多帮助的老师们。在此，我特别要向我的指导老师——夏劲伟老师致以衷心地感谢，如果没有夏老师的付出与指导，我也许没有方向、没有动力，更不知如何下手，如何设计。所以，老师就像一盏神灯，照亮了我前方的方向，指引着我前进，鞭策着我努力、奋发！

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