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无线传感器网络技术在医疗监护中的应用

作者:时间:2009-03-18来源:网络收藏


  血氧饱和度采用透射式人体血氧探头,输出4mA~20mA电流模拟信号。信号处理电路以TI公司的MSP43FG437为控制核心,通信电路以能够支持IEEE 802.15.4 ZigBee通信协议的Chipcon公司的CC2430-F128射频芯片为通信电路核心。值得注意的是为了实现真正意义上的“”,系统硬件设计要求小型化、紧凑化,而且为了便于以后该系统在领域的可移植性,系统电源部分设计为两节干电池供电,这样既能够发挥ZigBee通信协议的优势,又能够很好地实现无线的“无线”、“便携”特点。
2.2 信号处理电路硬件设计
  信号处理电路是本系统的核心部分,其作用是驱动人体血氧工作,采集人体血氧饱和度传感器的模拟量信号,处理血氧饱和度信号,并将经过处理的信号通过片上串口通信方式传送给无线通信电路。
  信号处理电路以TI公司的MSP430FG437为控制核心。MSP430系列单片机是美国德州仪器公司生产的高集成度、高精度的单芯片系统(SoC),是目前工业界中性价比高、功耗低的Flash 16位RSIC微控制器,具有丰富的片内外设。MSP430单片机集中体现了现代单片机先进的低功耗设计理念,其时钟系统提供了丰富的软硬件组合形式。它包括一个片内DCO和两个晶体振荡器,可以产生三种系统适用的时钟信号,支持六种工作方式,有五种低功耗模式,可以通过软件对内部时钟系统的不同设置来控制芯片,使它处于不同工作方式,从而使整个系统达到最低功耗并发挥最优性能。值得一提的是MSP430单片机的超低功耗特点。MSP430系列单片机在1MHz的时钟条件下运行时,芯片的电流会在 200μA~400μA之间,时钟关断模式的最低功耗只有0.1?滋A。正因为如此,MSP430更适合于使用电池供电的仪器、仪表类产品中。
2.3 人体血氧饱和度传感器驱动电路设计
  根据人体血氧饱和度的测量方法定义,本设计采用的透射式人体血氧饱和度传感器(如图2所示)。由两个能够发射不同波长的发光二极管构成。两个发光二极管需要按照一定频率交替发光,本设计采用H桥电路解决两个发光二极管交替发光的问题。


2.4 无线通信电路设计
  本设计采用的CC2430芯片是Chipcon公司生产的首款符合ZigBee技术的2.4GHz射频系统单芯片,片上集成高性能8051内核、ADC、USART等。结合Chipcon公司全球先进的ZigBee协议栈、工具包和参考设计,展示了领先的ZigBee解决方案。它适用于各种ZigBee或类似ZigBee的无线网络节点,包括调谐器、路由器和终端设备。值得一提的是CC2430芯片的超低功耗特点,它工作时的电流损耗为27mA,在接收和发射模式下,电流损耗分别低于27mA或25mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间特性,在休眠模式时仅0.9μA的流耗,外部中断或RTC能唤醒系统;在待机模式时少于0.6μA的流耗,外部的中断能唤醒系统,特别适合要求电池寿命非常长的
2.5 网关节点系统硬件设计
  本系统中人体血氧饱和度传感器节点为数据发送端。为了实现数据两点间通信,除了要具备发送端,还要具备接收端。以CC2430射频芯片为核心设计接收端。CC2430芯片接收到数据后,将数据通过串口通信方式传送给PC机,由此网关节点实现数据的接收和显示,如图3所示。



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