基于ZigBee可穿戴传感器的医疗监护系统

1.一种基于ZigBee可穿戴传感器的医疗监护系统，其特征是包括电源模块(1)、采集模块(2)、数据处理模块(3)、无线通信模块(4)和上位机(5)，所述电源模块(1)为系统提供5V和3.3V的稳定电源；所述采集模块(2)包括体温、脉搏、血压、心电信号等传感器；所述数据处理模块(3)涉及与体温、脉搏等生理参数相对应的信号调理电路，包括信号滤波放大和整形两个环节；所述无线通信模块(4)包括ZigBee终端节点和网络协调器，负责信号的进一步处理和数据的收发；所述数据处理模块(3)连接至无线通信模块(4)中ZigBee终端节点的A/D采样口或中断口；所述无线通信模块(4)中的网络协调器通过RS-232串口连接至上位机(5)。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee可穿戴传感器的医疗监护系统，其特征是所述电源模块(1)采用电压转换芯片MC7805和AMS1117；所述采集模块(2)采用温度传感器DS18B20、光电耦合器IR928-6C和PT928-6C等；所述数据处理电路(3)中的信号调理电路由整形电路、运算放大器LM324及RC滤波电路组成；所述无线通信模块(4)采用CC2530，对数据处理模块输出的信号作进一步处理，然后通过串口传输至上位机；所述上位机(5)对信号进行处理后，将病人生理信息进行存储和显示。
3.根据权利要求1所述的基于ZigBee可穿戴传感器的医疗监护系统，其特征是所述数据处理模块加入误差补偿环节，可以达到缩短测量时间和提高测量精度的目的。

基于ZigBee可穿戴传感器的医疗监护系统\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及一种基于ZigBee可穿戴传感器的医疗监护系统，包括系统的整体结构和功能的技术实现，特别涉及脉搏信号的测量方法及误差补偿特别是涉及病人生理参数的采集、处理和传输，属于医疗监护、无线传感器网络、ZigBee技术等技术领域。\n背景技术\n[0002] 医疗监护系统是一种对病人的生理参数进行连续、长时间、自动、实时监测，对数据分析处理后实现多类别自动报警、自动记录的某些医学仪器的组合，而广泛的用于ICU和手术室。它能帮助医护人员及时了解危重患者的病情变化，以便采取及时、必要的救治措施。\n[0003] ZigBee技术是一种无线通信技术，它具有近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率等特点，主要适用于自动控制和远程控制领域并可以嵌入各种设备。相比其它无线通信技术，如蓝牙、Wi-Fi，ZigBee最大的优势在于自组织性和巨大的网络容量。在医院、社区等人员密集的场合，病人相对较多且处于不断移动中，这就给病人的日常监护带来了一定的难度。正因为ZigBee技术独特的优势才能胜任这样的工作环境，并很好地完成无线监测病人生理参数的任务。\n[0004] 目前大部分医疗监护系统都是固定的有线设备，成本高，布线繁杂，体积庞大，不便于移动，很大程度上限制了病人和医护人员的活动空间，增加了他们的负担和风险，已经越来越不能满足当今对病人实时、连续、长时间监护的要求。另外，众多附于病人身体的设备探头，会造成病人的紧张情绪和心理负担，使得检测结果与真实情况存在一定偏差，影响病情的准确诊断。\n发明内容\n[0005] 本实用新型针对有线式医疗监护系统出现的问题，设计一种基于ZigBee可穿戴传感器的医疗监护系统，包括系统的整体结构和功能的技术实现，特别是涉及病人生理参数的采集、处理和传输。本实用新型的目的是将无线通信技术、智 能传感器、可穿戴设备应用到医疗监护领域，实现医疗设备的微型化和医疗监护的无线化。\n[0006] 为达到上述目的，本实用新型的构思是：\n[0007] 大部分医院的医疗监护系统都是基于传统的有线方式，存在成本高、体积大、布线繁杂、舒适性低等缺陷。本实用新型基于ZigBee可穿戴传感器的医疗监护系统分成病区和监护中心两层。在病区，可穿戴传感器利用各种医疗传感器采集病人的生理参数，经过数据处理模块处理后通过ZigBee无线网络将数据发送给网络协调器；在监护中心，网络协调器通过串口与上位机通信，将接收的数据传输至上位机，最终实现病人生理参数的采集、处理、传输、存储和显示。\n[0008] 根据上述构思，本实用新型采用下述技术方案：\n[0009] 基于ZigBee可穿戴传感器的医疗监护系统由电源模块、采集模块、数据处理模块、无线通信模块和上位机组成。其特征在于，所述电源模块为系统提供5V和3.3V的稳定电源；所述采集模块包括体温、脉搏、血压、心电等医疗传感器；所述数据处理模块是与体温、脉搏等生理参数相对应的信号调理电路，包括信号滤波放大和整形两个环节；所述无线通信模块包括ZigBee终端节点和网络协调器，负责信号的进一步处理和数据的收发；所述数据处理模块连接至无线通信模块中的ZigBee终端节点A/D采样口或中断口；所述无线通信模块中的网络协调器通过RS-232串口连接至上位机。\n[0010] 所述电源模块采用电压转换芯片MC7805和AMS1117；所述采集模块采用温度传感器DS18B20、光电耦合器IR928-6C和PT928-6C等；所述数据处理电路中的信号调理电路由整形电路、运算放大器LM324及RC滤波电路组成；所述无线通信模块采用CC2530，对数据处理模块输出的信号作进一步处理，然后通过串口传输至上位机；所述上位机对信号进行处理后，最后将病人生理信息进行存储和显示。\n[0011] 本实用新型与现有的技术相比较，具有以下有益效果：\n[0012] (1)微型化：系统高度集成并根据采集方式将医疗传感器合理地穿戴于病人衣物或身体上，实现了系统微型化、传感器可穿戴的目的。\n[0013] (2)无线化：利用ZigBee技术实现了信号的无线传输，避免了繁杂的布线，可以方便、快捷的监测人体的各项生命体征信息，增加了设备的灵活性。\n[0014] (3)多参数：与以往功能单一的体征医疗设备相比，系统可以测量多项生理参数，包括：体温、心率、血压、血氧、血糖、肺活量、脑电信号等，功能强大。\n[0015] (4)精度高：对人体生理参数进行测量后，加入误差补偿环节大大提高了系统的精度和可靠性。\n[0016] (5)扩展性强：系统预留多个接口，方便其它种类传感器的接入和系统的维护。\n[0017] (6)低功耗：在硬件上，选用低功耗的CC2530；在软件上，配置各种工作模式，保证系统的长时间的正常稳定运行。\n[0018] (7)成本低：系统各部分采用相对低廉的集成芯片并运用C程序语言进行软件设计，这大大降低了产品研发的成本。\n附图说明\n[0019] 图1是本实用新型的整体结构示意图；\n[0020] 图2是本实用新型的系统结构方框图；\n[0021] 图3是本实用新型的电压转换电路方框图；\n[0022] 图4是本实用新型的数据采集电路方框图；\n[0023] 图5是本实用新型的数据处理模块电路方框图；\n[0024] 图6是本实用新型的系统软件结构示意图。\n具体实施方式\n[0025] 本实用新型的整体结构如图1所示，系统分成病区和监护中心两层。在病区，可穿戴传感器利用传感器采集病人生理参数，经过数据处理模块处理后通过ZigBee无线网络将数据发送给网络协调器；在监护中心，网络协调器通过串口与上位机通信，将接收的数据传输至上位机。最终整个系统实现病人生理参数的采集、处理、传输、存储和显示。\n[0026] 本实用新型的系统结构如图2所示，系统由电源模块(1)、采集模块(2)、数据处理模块(3)、无线通信模块(4)和上位机(5)组成。其特征在于，所述电源模块(1)为系统提供\n5V和3.3V的稳定电源；所述采集模块(2)包括体温、脉搏、血压、心电信号等传感器；所述数据处理模块(3)涉及与体温、脉搏等生理参数相对应的信号调理电路，包括信号滤波放大和整形两个环节；所述无线通信模块(4)包括ZigBee终端节点和网络协调器，负责信号的进一步处理 和数据的收发；所述数据处理模块(3)连接至无线通信模块(4)中ZigBee终端节点的A/D采样口或中断口；所述无线通信模块(4)中的网络协调器通过RS-232串口连接至上位机(5)。\n[0027] 所述电源模块(1)采用电压转换芯片MC7805和AMS1117；所述采集模块(2)采用温度传感器DS18B20、光电耦合器IR928-6C和PT928-6C等；所述数据处理电路(3)中的信号调理电路由整形电路、运算放大器LM324及RC滤波电路组成；所述无线通信模块(4)采用CC2530，对数据处理模块输出的信号作进一步处理，然后通过串口传输至上位机；所述上位机(5)对信号进行处理后，最后将病人生理信息进行存储和显示。\n[0028] 本实用新型的电压转换电路如图3所示，锂电池提供电源，经MC7805芯片转换成\n5V电压输出，经过AMS1117芯片转换成3.3V输出。\n[0029] 本实用新型的数据采集电路如图4所示，脉搏信号经过处理后最终变成方波信号，以便数据处理模块的进一步处理。\n[0030] 本实用新型的数据处理模块电路如图4所示，采用TI公司生产的用于ZigBee片上系统的CC2530芯片，还包括JTAG、时钟、天线、按键、电源以及用于增加传感器的扩展口。\n[0031] 本实用新型的无线通信模块电路如图5所示，包括ZigBee终端和网络协调器，它们都是基于CC2530芯片，ZigBee终端负责发送数据，网络协调器负责接收数据并通过RS-232串口将数据上传上位机。\n[0032] 本实用新型功能实现的软件结构如图6所示，系统软件采用模块化的设计思想，首先是系统初始化，主要是对系统硬件模块的初始化；接着光电耦合器检测到脉搏信号输入后，触发数据处理模块启动定时和外部中断程序，加入多次测量取平均的误差补偿环节，缩短测量时间并提测量精确，待脉搏接收完成后数据模块进行数据处理并计算出一分钟内的脉搏频率，简称脉率；然后通过ZigBee协议和串口协议由网络协调器将数据上传上位机并作最终的判断。