基于ZigBee无线传感器网络的心电监护系统研究

论文摘要

随着社会的发展和生活水平的显著提高,人们对自身的健康极为关注。心脏病由于突发性强、发病危险性高等特点,已成为威胁人类身体健康的主要因素之一,所以研制实时的心电监护系统显得尤为重要。传统的心电监护系统存在着网络布线困难、成本高、功耗高、可扩展性和移植性差的不足。无线体域网(WBAN)和无线传感器网络(WSN)的发展为新一代心电监护系统的研究奠定了基础。ZigBee技术是一种新兴的近距离、低速率、低功耗、低复杂度且具有地理定位功能的无线网络技术,它在设备功耗,系统成本,抗干扰性以及误码率方面都具有明显的优势,在国计民生各领域中得到越来越多的使用,很适合在区域范围内建立医疗健康监护系统。本文研究了无线体域网和无线传感器网络技术的体系结构及关键技术,并通过搜集大量文献资料,分析和讨论了人体心电信号的产生机理、特征和干扰性,在此基础上研究了一种基于ZigBee技术的无线传感器网络心电监护系统。本系统以TI公司的高性能微控制器CC2431为核心设计了人体心电信号采集节点,并设计合理的信号采集程序,对心电信号进行实时采集和传输,并在上位机上记录心电的变化,绘制心电图(ECG)。同时,本系统设计了以CC2430为核心的路由器节点和协调器节点,以实现心电信号在ZigBee无线传感器网络上的有效传输。经试验测试证明,本系统可以实现对病人心电信号的采集和传输,满足了设计的预期要求,实时性好、稳定性好、易扩展移植,具有一定的临床应用价值。此外,整个系统的设计思想和具体实现对于以后研究更大规模的医疗健康监护系统具有一定的指导意义和参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的课题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 WBAN研究现状
• 1.2.2 WSN研究现状
• 1.2.3 WSN与WBAN相结合研究现状
• 1.3 论文研究内容和目标
• 1.4 论文组织结构
• 1.5 本章小结
• 第二章 心电监护系统关键技术研究
• 2.1 无线体域网关键技术研究
• 2.1.1 无线体域网体系结构
• 2.1.2 无线体域网的特点
• 2.1.3 WBAN关键技术
• 2.2 ZigBee无线传感器网络概述
• 2.2.1 WSN常用通信技术比较
• 2.2.2 ZigBee技术协议体系
• 2.2.3 ZigBee无线传感器网络拓扑结构及关键技术
• 2.3 心电信号及其采集
• 2.3.1 心电信号生理学基础
• 2.3.2 心电信号特征及其干扰分析
• 2.3.3 心电信号检测原理及方法
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统总体方案设计
• 3.1 系统设计原则
• 3.2 系统体系结构
• 3.3 心电信号采集节点设计要求及结构
• 3.4 路由器节点总体设计
• 3.5 协调器节点总体设计
• 3.6 系统软件总体设计
• 3.7 本章小结
• 第四章 系统硬件设计与实现
• 4.1 心电信号采集节点硬件设计
• 4.1.1 心电采集节点工作流程
• 4.1.2 放大器与滤波器芯片选型
• 4.1.3 处理器与无线通信芯片选型
• 4.1.4 心电采集节点检测电路设计
• 4.1.5 心电信号处理及传输电路设计
• 4.1.6 电源模块设计
• 4.2 路由器节点设计
• 4.3 协调器节点设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统软件设计
• 5.1 心电信号采集节点程序设计
• 5.1.1 心电信号采集与处理软件设计
• 5.1.2 心电信号无线发送软件设计
• 5.2 路由器节点软件设计
• 5.3 协调器节点软件设计
• 5.4 上位机测试软件设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 系统测试
• 6.1 心电信号采集节点实验
• 6.2 软件测试实验
• 6.3 心电采集节点整体测试实验
• 6.4 ZigBee组网实验
• 6.5 ZigBee定位实验模拟演示
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 系统需要改进的地方
• 7.3 未来展望
• 参考文献
• 附录 心电信号采集节点原理图
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢