基于ZigBee协议的无线心电数据传输系统设计与研究

论文摘要

近些年来,有线通信技术和无线通信技术都有了飞速的发展,例如Internet网、移动通信给我们生活带来了快捷和实惠。然而对于最后几米和几十米的通信问题,学者和专家们都在进行不懈地研究,所以短距离无线通信技术成为热门的研究对象。于是各种短距离无线通信技术应运而生,如红外、蓝牙、ZigBee等技术。其中,红外和蓝牙技术已经应用到我们生活当中,如红外遥控器、蓝牙耳机等。而ZigBee技术以其低功耗、体积小、低成本等特点也越来越备受人们的关注。本文就是研究ZigBee技术在无线心电数据传输系统中的应用,这种传输系统可以嵌套在心电监护系统中,如医院监护系统、家庭监护系统等。文章首先介绍了ZigBee技术背景、特征、发展状况,以及ZigBee技术与其它短距离无线通信技术的对比,用以说明采用这种技术的原因和优势。其次是介绍了用于实现无线通信和组建网络的ZigBee协议栈,并对协议栈的四个层分别进行概述和分析,包括它们的功能和各层在数据传输中的数据格式,使我们对ZigBee技术有了更深一步的理解。再次就是本系统的硬件部分,在硬件系统的设计中,控制芯片采用的是TI公司提供的MSP430F149单片机；射频模块采用的是Chipcon公司的CC2420芯片；电源模块采用的是TPS60313芯片；液晶显示模块为ST7565。在以上这几部分中,分别介绍了这些芯片的性能特征、外围电路以及它们的接口电路设计。最后设计了人机交互电路、串行接口电路和JTAG电路。接下来是软件设计部分,首先介绍ZigBee协议栈软件,并根据本文的数据传输特征对网络参数进行配置,并给出了进行无线数据传输中的发送节点和接收节点的软件设计。还介绍了MIT-BIH数据库,这个数据库存储的都是各种心电数据,可以通过本文的基于ZigBee的传输系统进行传输。又详细分析和设计了本文的心电数据在ZigBee协议传输中的数据包格式等。最后,是实验部分,包括点对点的无线通信实验、温度采集并进行无线通信的实验以及心电数据传输后的心电数据读取的实验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 ZigBee技术背景
• 1.3 ZigBee技术及其发展状况
• 1.3.1 ZigBee技术特点
• 1.3.2 ZigBee与其它短距离无线通信技术的比较
• 1.3.3 ZigBee技术的研究现状
• 1.4 本论文主要研究的内容以及论文的组织安排
• 第二章 心电信号特征及ZigBee协议
• 2.1 概述
• 2.2 心电信号的特征
• 2.3 ZigBee协议规范
• 2.3.1 ZigBee概述
• 2.3.2 ZigBee协议框架
• 2.3.3 原语的概念
• 2.3.4 IEEE 802.15.4标准
• 2.3.4.1 PHY层规范
• 2.3.4.2 MAC层规范
• 2.3.5 ZigBee规范
• 2.3.5.1 NWK层规范
• 2.3.5.2 APL层规范
• 2.4 本章小结
• 第三章 无线传输系统的硬件设计
• 3.1 概述
• 3.2 微控制器模块设计
• 3.2.1 微控制器的选择
• 3.2.2 MSP430F149微控制器
• 3.3 射频模块设计
• 3.3.1 射频芯片的选择
• 3.3.2 CC2420与微控制器的接口电路
• 3.3.3 CC2420的外围电路设计
• 3.4 电源模块设计
• 3.5 数据接收节点的液晶显示模块设计
• 3.6 数据接收节点的人机交互模块设计
• 3.7 接收节点的串行接口电路设计
• 3.8 JTAG接口电路设计
• 3.9 本章小结
• 第四章 无线传输系统的软件实现
• 4.1 系统开发环境及ZigBee协议软件
• 4.1.1 系统开发环境
• 4.1.2 ZigBee协议栈软件
• 4.1.3 协议栈的参数配置
• 4.1.4 OSAL分析介绍
• 4.2 MIT数据库
• 4.3 协议软件设计
• 4.3.1 协议栈主函数
• 4.3.2 发送和接收数据帧实现
• 4.4 心电数据传输数据包格式设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 实验测试
• 5.1 测试总述
• 5.2 点对点测试
• 5.2.1 点对点串口无线通信实验
• 5.2.2 温度采集实验
• 5.2.3 数据接收节点的心电数据的显示
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文的工作总结
• 6.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的论文