基于低功耗蓝牙的无线多节点生理信号同步检测技术

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人体的多种生理信号可以反映出人体所处的健康状态,是临床诊断、医疗监护的重要参考依据,无线可穿戴医疗监护设备可以让使用者摆脱线缆和空间的束缚,具有较好的应用场景。当检测人体生理信号的种类或测点数比较多时,生理信号监护系统有必要采用多测量节点无线通信的模式,一方面尽早地实现生理信号的数字化,另一方面尽量减少导线的长度和数量,从而保障所测量生理信号的记录质量和监测时人体的舒适度。针对无线多节点生理信号检测的场景,低功耗蓝牙协议(Bluetooth Low Energy,BLE)在功耗、体积以及兼容性等方面的优势十分明显。一些健康参数需要对多节点的生理信号融合处理,这就对数据的同步性和鲁棒性有较高的要求,然而就多节点生理信号检测的无线同步技术,目前国内外还鲜有研究。针对上述状况,本文开展了以下研究:首先,本文对低功耗蓝牙协议的通信过程进行了概述,最新发展的蓝牙5.0协议规范针对低功耗设备速度有相应提升和优化,可以满足多节点生理信号无线传输的需求;在此基础之上对基于低功耗蓝牙的生理信号无线同步技术进行了深入研究,针对多节点生理信号数据融合处理的场景,提出了一种利用同步触发、采样值计数的数据同步模型,该模型利用很小的应用层开销实现了无线多节点数据的同步;其次,基于低功耗蓝牙自主研发了多种生理信号无线传输模块以及安卓平台管理终端,并对通信协议进行优化设计,构建了基于低功耗蓝牙的无线多节点生理信号同步检测系统;最后,通过该系统平台验证了基于低功耗蓝牙的无线多节点数据同步的有效性。实验结果证明,系统的同步触发的平均误差为3ms,同时基于采样计数值的数据完整性设计保证了长时监测的同步性。
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