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现代社会生活水平不断提高,但心血管疾病的发病率却在不断上升。鉴于心血管疾病患者日益增多的严峻形势,提高预防和监测该疾病的手段势在必行。而心电信号检测是发现心脏病的最常用最直接的手段。但是,迄今为止,大部分心电信号采集仪仍采用非联网的独立监控模式,此项常规护理工作不仅耗费大量的人力,而且对测量结果进行汇总、查询、分析也比较繁杂。
另一方面,多学科交叉领域成为当前研究的热点。无线通信、嵌入式系统和传感器技术的发展和融合,一方面促进了各类智能仪器的升级换代,另一方面也推动了具有现代意义的无线传感器网络的产生和发展。ZigBee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术,广泛应用于军事、工业控制、医疗保健等领域。因此,本论文提出了基于ZigBee无线传感器网络的心电信号测量系统的研制方案。
本论文分析了当前无线传感器网络的发展背景、研究现状和相关技术的主要问题,并对ZigBee协议进行了详细论述,提出了基于无线传感器网络的心电信号测量系统的设计构想。本文给出了嵌入式无线传感器网络节点的软硬件设计方案,详细地阐述了嵌入式无线传感器网络节点的总体方案设计、主要功能模块的硬件和软件设计过程。
本论文研制的无线传感器网络的心电信号测量节点的主要特点是:
(1)节点间的传送单元采用2.4G射频芯片CC2420。它是符合ZigBee规范的ISM频段射频芯片,具备较高的发射功率和接收灵敏度,传输速率为250Kb/s,功耗极低。采用该芯片可以为以后节点上层zigBee组网等软件的开发和研究提供基础。
(2)数据处理模块采用MSP430单片机。在无线传感器网络中,节点的处理CPU是我们选择的主要指标。本文选用超低功耗MSP430FG4618芯片,而且可以根据需要关闭不需要的模块,从而使工作于低功耗模式下,适合节点的设计。
(3)出于方便实验测试的目的,传感器测量电路采用2极单导联配合MSP430外围电路模块组成的测量系统,测量人体的心电信号。
(4)系统预留了SPI、I2C、ADC和定时计数器模块接口,可用于传感器和其它扩展功能模块的连接。采用RS232串行接口实现与PC数据通信。
(5)软件系统采用基于嵌入式开源μC/OS-Ⅱ实时操作系统,实现底层驱动功能,方便上层应用程序的编写。按照功能模块将系统软件设计划分为不同的任务,从而达到结构清晰和模块化的要求。
本文采用嵌入式系统技术设计一种无线传感器网络的信号测量系统具有较好的灵活性和扩展性,适合家庭、社区和医疗机构使用,应用前景广阔。