基于WSN的可穿戴式生命特征监护设备的研制

论文摘要

本文重点论述了基于无线传感器网络的高压氧舱专用的穿戴式多生理参数监护仪的关键技术及其装置的研究。论文在对无限传感器网络拓扑结构研究的基础上,设计了本监护仪的系统结构,接着对无线传感器网络传感节点的研究,设计了穿戴式监护仪系统的硬件,给出了基于单片机MSP430F149的硬件体系结构和工作模式,最后论述了无线传感器网络通信协议和无线传感器网络同步协议等系统软件在硬件平台上在TI公司提供的IAR平台上的实现方法。本论文根据穿戴式高压氧舱专用监护仪的短距离、低复杂度、低功耗、低成本和高稳定性的要求,选择了IEEE802.15.4作为无线传感器网络的无线通信协议,以及选择与该通信协议相符合的射频芯片CC2420。在此基础上,对穿戴式高压氧舱专用监护仪系统的网络结构和软硬件进行设计,对实现该监护装置的技术难点和关键点进行分析研究。论文有针对性地研究了基于IEEE 802.15.4的无线传感器网络,实现一套一个协调器主节点协调多个传感节点的星型网络,编制了基于IEEE802.15.4的系统通信协议,实现了传感器网络的同步协调的进行信号采集传输。针对心电、血压、脉搏、体温、血氧等生理信号的穿戴式传感检测、数据采集的技术难点进行分析研究,融合这五种检测电路和射频通信模块设计传感节点和协调器节点。应用测试表明:论文提出的系统设计方案和技术指标满足高压氧舱内监护系统的实用和安全的要求,可保证病人的生命体征参数在高压氧舱内外实现同步安全的长时间监护。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要内容和安排
• 2 穿戴式传感器网络的系统结构
• 2.1 IEEE 802.15.4 网络概述
• 2.2 IEEE802.15.4 网络的拓扑结构
• 2.3 网络拓扑的形成过程
• 2.3.1 星型网络的形成
• 2.3.2 点对点网络的形成
• 2.4 穿戴式无线传感器网络的拓扑
• 3 系统硬件设计
• 3.1 硬件结构
• 3.1.1 硬件结构设计
• 3.1.2 硬件元件选择
• 3.2 传感器主节点硬件设计
• 3.2.1 硬件电路设计中元件的选择
• 3.2.2 天线选择
• 3.2.3 CC2420 与MSP430F149 的通信接口
• 3.2.4 单片机通过串口与 PC 的连接
• 3.2.5 印制板设计
• 3.3 传感器子节点硬件设计
• 3.3.1 心电检测
• 3.3.2 呼吸检测
• 3.3.3 血氧饱和度测量
• 3.3.4 血压检测模块
• 3.3.5 体温检测模块
• 3.3.6 处理器模块和无线传输模块
• 3.3.7 显示与供电电路设计
• 4 软件设计
• 4.1 Zigbee 协议架构
• 4.1.1 Zigbee 协议物理层
• 4.1.2 Zigbee 协议MAC 层
• 4.2 系统软件设计
• 4.2.1 系统软件框架
• 4.2.2 系统软件流程
• 4.3 网络的时间同步协议设计
• 4.3.1 同步算法
• 4.3.2 同步算法比较
• 4.3.3 同步算法实现
• 5 结论
• 5.1 系统验证
• 5.2 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录