【導(dǎo)讀】系的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇。無線通信技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)療監(jiān)護(hù)領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用，主要包括。保健和我國的醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展起著重要的促進(jìn)作用。本文主要研究的是基于ZigBee技。它依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信?；A(chǔ)上，我們研究了標(biāo)準(zhǔn)，使我們的網(wǎng)絡(luò)能更更好的傳輸。網(wǎng)絡(luò)有其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過對我們系統(tǒng)的研究，選擇適合系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。輸，即通過傳感器模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、通過ZigBee模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。量和通信條件的制約，遠(yuǎn)程醫(yī)療的發(fā)展比較緩慢，僅僅在航天等尖端科技領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行著。的急速下降，遠(yuǎn)程醫(yī)療逐漸走入了軍民兩大領(lǐng)域。在遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)實(shí)施過程中，美國和。遠(yuǎn)程會(huì)診、醫(yī)學(xué)圖像的遠(yuǎn)距離傳輸、遠(yuǎn)程會(huì)議和軍事醫(yī)學(xué)方面取得了較大進(jìn)展。的發(fā)展為遠(yuǎn)程醫(yī)療增色不少，微創(chuàng)手術(shù)工作站的建立使得遠(yuǎn)程手術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。院才是真正的醫(yī)院，它們提供技術(shù)支持和服務(wù)。和治療，其次是戰(zhàn)時(shí)急救。此外，還有醫(yī)院的信息化系統(tǒng)和醫(yī)療卡以及PACS

　　

【正文】 我們實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模塊之間的通信，即 ZigBee 模塊作為數(shù)據(jù)的采集、處理模塊和射頻的發(fā)射、接收模塊。 ZigBee 模塊集成了 ADC,通過板極的天線實(shí)現(xiàn)無線傳輸。 ADCGNDGNDRESTISPP0_0P0_1P0_2P0_3P0_4P0_5P0_6P3_4P3_5P3_6P3_7XURXD_1XUTXD_1GNDGND41GND32MS13GND04MS05NC26GND207GND128GND139GND1710GND511ACH012ACH113ACH214ACH315P1_716P1_617P1_418P1_319GND920GND821GND722p1_123VCC_3V24P1_025P3_726P3_627P3_528P3_429GND1030P3_331P3_232GND1133P3_134P3_035GND636P0_737P0_638P0_539P0_440P0_341P0_242P0_143P0_044DVDD_1_545ISP46RESET47AVDD_1_548GND1449GND1550GND1651GND1852GND1953NC154GND155GND256U3ZIC2410SPEAK 圖 ZigBee 主芯片模塊 Main chip ZigBee module 由于我們模 擬的是溫度的采集，運(yùn)用的 PN 結(jié)溫度傳感器，其顯示可以用四位數(shù)碼管顯示，我們采用的是共陰極的數(shù)碼管，這里通過上拉電阻提高數(shù)碼管顯示所需的電流。 其電路原理圖如圖 。 26 a11b7c4d2e1f10g5h3C06C18C29C312LED001 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9150R1P0_1 P0_2P0_5 P3_4 P3_6 P3_7 P0_7P0_0P0_3P0_4P0_6P3_5 圖 顯示模塊 Display Module 由于 ZigBee 模塊供電是 ~,實(shí)現(xiàn)硬件平臺與 PC 機(jī)的通信，我們使用的是 MAX3232，其原理圖如圖 。 1234567891110J1C1+1V+2C1 －3C2+4C2 －5V －6R2IN7T2OUT8R2OUT9T2IN10T1IN11R1OUT12RIIN13T1OUT14GND15VCC16U3MAX3232GND330pFC5330pFC6XUTXD_1XURXD_1100nFC8100nFC9100nFC10100nFC11 圖 串口通信模塊 Serial munication module 對于一整體的 模塊還需要復(fù)位電路，如圖 ；數(shù)據(jù)下載接口如圖 。在本模塊中數(shù)據(jù)的傳輸需要異步串行通信接口如圖 ；附加功能報(bào)警電路如圖 3,。 12。 27 1KR4Res11KR5S?SWPB22uF/25VC12GNDREST 12P210R2220R3GNDISP 圖 復(fù)位電路 圖 ISP下載接口 Reset Circuit ISP download interface 12P1XURXD_1XUTXD_1 Q18505GNDLS1SpeakerSPEAK 100R1Res Semi 圖 SCI異步串行通信接口 圖 報(bào)警電路 Fig SCI asynchronous serial munication interface Alarm Circuit 由于我們模擬的溫度采集，所以必須選擇溫度傳感器，由于 PN 結(jié)溫度傳感器有優(yōu)良的性能和低廉的價(jià)格，在常溫區(qū)真該逐步替代原有傳統(tǒng)的測溫器件。 PN 結(jié)溫度傳感器的最大特點(diǎn)是輸出特性幾乎近似與線性關(guān)系，而且精度高，體積小，使用方便，易于集成化，因此廣泛應(yīng)用于家電、醫(yī)療器械、食品、化工、冷藏、糧庫、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。 PN結(jié)傳感器的主要技術(shù)參數(shù)： 1） 測溫范圍： — 50℃～ 150℃； 2） 靈敏度： — ℃～ — ℃； 3） 互換精度：一般優(yōu)于 ?℃； 4） 輸出阻抗：小于 500Ω . PN 結(jié)的工作原理是基于半導(dǎo)體 PN 結(jié)的結(jié)溫度隨溫度的變化的特性進(jìn)行變化溫度測量的。 其溫度特性曲線如圖 28 圖 PN結(jié)的溫度傳感器的特性曲線 PN junction temperature sensor characteristic curves 我們采用的是玻璃封裝的開關(guān)二極管 1N4148,其溫度每升高 1℃時(shí)，下降約 2mV。主芯片對 于 ADC 模塊的輸入電壓是 0V～ ,所以我們的溫度采集端的電壓輸入也應(yīng)該在0V～ 這個(gè)范圍之內(nèi)。由于我們采集的數(shù)據(jù)都是微弱的，所以必須通過放大，才能達(dá)到我們需要的目的。 對于運(yùn)放，我們必須考慮放大倍數(shù)，還有零點(diǎn)漂移。一把情況下，放大倍數(shù)不能太大。我們選用的是通用的 LM324,通過整體的比較覺得其放大性能是最好的。 D3C1310KR710KR610KR8R9GNDVCCVCCADC231114U4lm324 圖 溫度采集電路 Temperature measurement circuit Layout 環(huán)境中的電路 PCB 板圖 29 圖 ZigBee 模塊 的 PCB版圖 ZigBee module PCB layout 對于在 PCB 的制版過程中，我們必須注意的問題：由于 ZigBee 模塊是高頻段的，其電磁干擾是比較嚴(yán)重的，所以在制版的過程中其實(shí)要考慮額首要問題。為了布線的方便，對于元器件的排版我們也有一定的要求：一般情況將外界的接口都放在板子的邊緣處，對于連線比較多的元件放在位置比較靠近的地方，在手動(dòng)布線的時(shí)候，必須對于整塊電路板必須有一個(gè)整體的而規(guī)劃。 軟件介紹： 由于在無線測量點(diǎn)的 供電是較難解決的問題，采用電池供電又存 在頻繁的更換電池問題?；谶@樣的問題我們選擇 ZigBee 技術(shù)， ZigBee 技術(shù)極低功耗的特點(diǎn)可以最大限度的延長電池的使用壽命，使無線采集方式能夠滿足要求。 降低無線節(jié)點(diǎn)功耗的方法是盡量的減少其 MCU、無線收發(fā)芯片的活動(dòng)時(shí)間，延長他們的睡眠時(shí)間，這就需要處理好主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸，權(quán)衡系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間和功耗的關(guān)系等。一種可行的方法是：主節(jié)點(diǎn)按一定的周期、順序“呼叫”各節(jié)點(diǎn)，各從節(jié)點(diǎn)“定時(shí)”從睡眠中醒來，受到主節(jié)點(diǎn)的呼叫后及作出回答，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。要是從節(jié)點(diǎn)有最低的功耗，要求它必須“準(zhǔn)時(shí)”醒來。最理想的 情況是：某節(jié)點(diǎn)醒來的時(shí)刻即收到主節(jié)點(diǎn)對它的呼叫，于是從節(jié)點(diǎn)回答數(shù)據(jù)后立即再次轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)。這樣，它處于活動(dòng)的時(shí)間最少，因而功耗最低。但是，如果從節(jié)點(diǎn)醒來錯(cuò)過主節(jié)點(diǎn)對它的呼叫， 30 則它必須一直等待到主節(jié)點(diǎn)的下一次呼叫，必將大大延長從節(jié)點(diǎn)處于活動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間，從而大大增加功耗。從節(jié)點(diǎn)從睡眠中醒來時(shí)刻的準(zhǔn)確性取決于雙方的時(shí)鐘的一致程度。另一種方法是：從節(jié)點(diǎn)醒來后使用一種簡單的 CSMA 協(xié)議，然后再主動(dòng)向主節(jié)點(diǎn)發(fā)生數(shù)據(jù)，但這種情況下要處理 好多個(gè)從節(jié)點(diǎn)對信道的競爭。這兩種方法大的性能都和系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量密切相關(guān)。對于我們的 系統(tǒng)，從節(jié)點(diǎn)是相對比較多的，若按照第一種方式的話，可能反應(yīng)比較慢。按照第二種方式相對較好，所以在使用的過程中我們必須處理好多個(gè)從節(jié)點(diǎn)對信道的競爭。這些實(shí)現(xiàn)方式就體現(xiàn)在軟件的掃描方式。接收模塊和發(fā)射模塊的的流程圖如圖 ， . 開 始設(shè) 備 初 始 化新 建 網(wǎng) 絡(luò)新 建 網(wǎng) 絡(luò) 成 功 嗎 ？是否有 傳 感 器 節(jié) 點(diǎn) 請 求 加 入 網(wǎng) 絡(luò)將 傳 感 器 節(jié) 點(diǎn) 的 地址 存 儲是 發(fā) 送 接 收 數(shù) 據(jù) 請 求否依 次 接 受 數(shù) 據(jù)將 數(shù) 據(jù) 依 次 傳 送 至 上位 機(jī)通 過 數(shù) 碼 管 顯 示 圖 接收模塊的流程圖 31 Receiver module flow chart 開 始設(shè) 備 初 始 化請 求 加 入 網(wǎng) 絡(luò)加 入 網(wǎng) 絡(luò) 成 功 了 嗎 ？是否將 網(wǎng) 絡(luò) 地 址 發(fā) 送 給 協(xié) 調(diào) 器 節(jié) 點(diǎn)檢 測 體 溫發(fā) 送 體 溫發(fā) 送 體 溫 嗎 ？是發(fā) 送 成 功 ？否與 芯 片 內(nèi) 存 儲 的 溫 度 進(jìn) 行 比 較通 過 數(shù) 碼 管 進(jìn) 行發(fā) 出 警 報(bào) ， 持 續(xù) 5 S大圖 傳感器節(jié)點(diǎn)處的溫度采集模塊 The temperature sensor nodes acquisition module 32 第四章 監(jiān)控系統(tǒng)的分析 在我們的生活中，無線無處不在。在我們周圍的環(huán)境中到處都充滿了電磁波的散射。所以電磁的干擾對我們的系統(tǒng)來說，是必須考慮的問題。目前無線應(yīng)用與醫(yī)療方面，也是一個(gè)熱門的話題，我們的工程師們都在研究著最新的方案，來解決我們的醫(yī)療問題。不同的醫(yī)療設(shè)備可能采用不同的無線通信技術(shù)，所以在我們的大環(huán)境中可能就會(huì)有其他以醫(yī)療器械的干擾，到底存在什么樣的干擾呢 ? 監(jiān)控系統(tǒng)的工作環(huán)境的分析 : 監(jiān)控系統(tǒng)的工作環(huán)境： ， 隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對于醫(yī)療健康越來越重視 ，同時(shí)我國目前的狀況也不容樂 觀。為了能更好的解決這些問題，工程師們在研發(fā)更多的醫(yī)療設(shè)施，給人們的生活帶來最大的方便。所以目前的醫(yī)療設(shè)施也是多種多樣，這些醫(yī)療 設(shè)備 大多 是工作在無線 ， 900M 頻段，同時(shí)我們的生活中的手機(jī)，電腦上有很多的無線模塊，這些也大多都工作在 、 900M 頻段的，因此對于無線設(shè)備最優(yōu)先的要求是不能干擾其他設(shè)備的使用。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器信號發(fā)射強(qiáng)度要滿足醫(yī)院的要求一般不宜安裝過多的高強(qiáng)度發(fā)射設(shè)備，并且要有抗干擾的跳頻等技術(shù)。 醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)還 面臨著電磁干擾環(huán)境。電磁環(huán)境是存在于給定場所的所有電磁現(xiàn)象的總 和。 醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng) 中出現(xiàn)的無用且不規(guī)則變化的信號均稱為噪聲，而所謂的干擾就是由噪聲所形成的不良效應(yīng)。無用的電磁場通過輻射和傳導(dǎo)的途徑，以場和路 (電流、電壓 )的形式，侵 入工作著的敏感的電子設(shè)備 ， 可能 使其無法正常工作。 所以對于我們系統(tǒng)的抗干擾能力要強(qiáng)。 設(shè)計(jì)時(shí)抗干擾要注意的問題 : (l)在每個(gè)集成電路的電源與地之間加一個(gè)去偶電容。去偶 電容有 2 個(gè) 作 用 :一是集成電路的蓄能，提供和吸收該集成 電路開、關(guān)門瞬間的充放電能二是旁路濾除器件的高頻噪聲。典型的去偶 電容為 的高頻電容，它對 l0MHz 以下的噪聲有較 好的去 偶 作用 。電路中因存在 高頻信號，用 陶瓷電容和 10uF 電解電容并聯(lián)去偶 ，對去除高頻率噪聲有比較好的效果。 (2)印制電路板上信號線之間，信號線與電源線之間會(huì)存在串?dāng)_干擾，嚴(yán)重時(shí)能夠影響到信號的正常傳送，為避免這種情況發(fā)生可在不使用屏蔽線的情況下使用 3W 原則，即使信號線中心距 3 倍于線的寬度。 3W 原則可使信號線之間的串?dāng)_禍合達(dá)到最小。 (3)為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性需處理好未用懸置的引腳。通?？蓪⑽⑻幚砥魑从靡_接高電平或接地，或定義成輸出端 。未用的外部中斷接高電平 。未用的運(yùn)放同相輸入端接地，反相 輸入端接輸出端等。 監(jiān)控系統(tǒng)的性能分析 : 可靠性： 33 本系統(tǒng)采用的是 CEL 公司研制的 ZigBee 芯片 ZIC2410,擁有專業(yè)的研制團(tuán)隊(duì)，并且該芯片采用的碰撞避免策略，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用的時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突 .MAC 層才喲個(gè)了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式，每一個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待收方的 確認(rèn)信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進(jìn)行重發(fā)。這樣的策略使數(shù)據(jù)的傳輸過程的誤碼率大大減小。在無線系統(tǒng)中，最主要的就是無線的傳輸，傳輸?shù)目煽啃缘玫搅吮Ｕ希覀兿到y(tǒng)的可靠性就得到了保障。 低功耗： 本系統(tǒng)使用的芯片都是低電壓供電，這本身就降低了功耗， 在我們考慮掃描網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，我們采用的從節(jié)點(diǎn)醒來后使用一種簡單的 CSMA 協(xié)議，然后再主動(dòng)向主節(jié)點(diǎn)發(fā)生數(shù)據(jù)，這也是一種很大程度的減小功耗。我們的芯片本身也是一種低功耗芯片?？傊覀兊南到y(tǒng)在各項(xiàng)功能都能