基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的光電脈搏心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

潘 毅

（岳陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，岳陽(yáng) 414000）

信息化時(shí)代的縱深發(fā)展，促使現(xiàn)代信息技術(shù)逐漸深入到社會(huì)生產(chǎn)生活的多個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，帶動(dòng)了諸多行業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式的改進(jìn)及優(yōu)化，尤其實(shí)現(xiàn)了對(duì)于醫(yī)療行業(yè)的有機(jī)滲透。其中，逐漸被醫(yī)療行業(yè)廣為應(yīng)用的ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，屬于短距離、低功耗的局域網(wǎng)技術(shù)，將其應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)領(lǐng)域，有利于開發(fā)研制光電脈搏心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以便及時(shí)采集到患者的心率數(shù)據(jù)，輔助醫(yī)生做出最符合實(shí)際的診療判斷。

1 基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的光電脈搏心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所論述的基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的光電脈搏心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要運(yùn)用透射型光電傳感器設(shè)備來(lái)采集患者的心率數(shù)據(jù)，再借助ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及時(shí)將采集到的心率數(shù)據(jù)，反饋到聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中心系統(tǒng)。這項(xiàng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的另一端主要被放置在每個(gè)病房特定的區(qū)域，主要負(fù)責(zé)采集病房里每一位患者的生命體征信息，再通過(guò)分散布置在不同位置的路由節(jié)點(diǎn)，共享傳輸整合的數(shù)據(jù)信息。所應(yīng)用到的傳感器設(shè)備，可以是能夠用來(lái)讀取手指反射信息的紅外發(fā)光二極管，配合光敏三極管將其轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，從而了解手指動(dòng)脈的血液循環(huán)情況，間接通過(guò)動(dòng)脈的脈動(dòng)讀取到心率的實(shí)時(shí)變化信息[1]。

1.2 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)

光電脈搏心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的微處理器可以選用CC2530型號(hào)，以便配合外圍的線路設(shè)備，形成能夠驅(qū)動(dòng)多項(xiàng)功能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的操作程序。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)核心硬件電路的時(shí)候，可以選用具有LC分立元件的巴倫天線，及時(shí)將差分信號(hào)轉(zhuǎn)化為單端信號(hào)，提高系統(tǒng)監(jiān)測(cè)讀取脈搏心率數(shù)據(jù)的效率。至于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的三項(xiàng)節(jié)點(diǎn)，在選擇CC2530處理器之后，要確保外圍電路的連接情況整體上能夠具備一致性。接著，考慮到ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)主要是短距離的傳輸，為了滿足點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)對(duì)于距離的基本要求，可以適當(dāng)使用CC2591型號(hào)的距離拓展芯片，構(gòu)成光電脈搏心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功率放大器以及低噪聲方法器，以此降低干擾信號(hào)對(duì)于系統(tǒng)監(jiān)測(cè)脈搏心率性能的影響。

1.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集電路

數(shù)據(jù)采集電路的具體設(shè)計(jì)方式，屬于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)光電脈搏心率檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。至于數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)，可以運(yùn)用紅外線發(fā)射二極管以及接收三極管裝置，夾在患者的手指間監(jiān)測(cè)血液的流量情況，等到血液的飽和達(dá)到一定程度后，理論上來(lái)說(shuō)裝置會(huì)發(fā)出能夠與心跳節(jié)拍相對(duì)應(yīng)的反饋信號(hào)，從而在經(jīng)過(guò)過(guò)濾及放大處理之后，準(zhǔn)確測(cè)量到脈搏心率的變化特征。一般來(lái)說(shuō)，所運(yùn)用的R25型號(hào)360Ω三極管感應(yīng)紅外光具有較高的靈敏度，能夠準(zhǔn)確甄別有脈搏和無(wú)脈搏的監(jiān)測(cè)條件，前提是R25的功率不宜過(guò)小，不然在傳感器設(shè)備感應(yīng)不到手指的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致輸入端的直流電壓產(chǎn)生劇烈變化。

2 基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的光電脈搏心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)協(xié)議棧的設(shè)計(jì)

全面設(shè)計(jì)基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的光電脈搏心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，有利于從整體上查看ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)的大體分布情況，從而考慮涉及到ZigBee定義的網(wǎng)絡(luò)類型。一般來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)光電脈搏心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)所選用的網(wǎng)絡(luò)，一定程度上具有記憶功能，利用Z-Stack協(xié)議棧便可以構(gòu)建執(zhí)行操作系統(tǒng)，此后再利用輪詢機(jī)制對(duì)監(jiān)測(cè)事件進(jìn)程全面處理。等到系統(tǒng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備都被激活以后，就可以將休眠模式切換掉，先進(jìn)行脈搏心率的監(jiān)測(cè)，等到工作任務(wù)完成之后再繼續(xù)轉(zhuǎn)入低功率的休眠模式，降低整個(gè)系統(tǒng)在待機(jī)及應(yīng)用環(huán)節(jié)的功率消耗。

2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試

對(duì)于ZigBee一類的短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸來(lái)說(shuō)，傳輸距離屬于容易影響到系統(tǒng)實(shí)際實(shí)用性能的重要評(píng)估指標(biāo)，在應(yīng)用的時(shí)候勢(shì)必要加以權(quán)衡。因此，要測(cè)試本文論述的光電脈搏心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在室內(nèi)或者室外不同環(huán)境條件下，系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備所能夠服務(wù)的傳輸距離。經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試之后發(fā)現(xiàn)，本次具有CC2530終端節(jié)點(diǎn)的光電脈搏心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，若是在正常的醫(yī)院室內(nèi)環(huán)境條件下，能夠服務(wù)的實(shí)際通信距離大約能夠達(dá)到60m左右，此外還有最多能夠跨越1～3個(gè)病房的信號(hào)距離，這說(shuō)明該系統(tǒng)基本能夠滿足醫(yī)療人員的臨床使用需求[2]。

2.3 系統(tǒng)采集性能測(cè)試

測(cè)試光電脈搏心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所能夠具備的數(shù)據(jù)采集功能，屬于最為關(guān)鍵、最為核心的檢測(cè)環(huán)節(jié)，畢竟關(guān)系著系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能否符合設(shè)計(jì)預(yù)期需求。在選擇10位正常人以及10位病患者的基礎(chǔ)上，運(yùn)用了至少兩種測(cè)試設(shè)備監(jiān)測(cè)10min的心率數(shù)據(jù)，最終發(fā)現(xiàn)采集到的正常人組以及病患人組心率誤差、方差并不是很大，這說(shuō)明本文所述的基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的光電脈搏心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在采集心率數(shù)據(jù)的時(shí)候具備可靠性。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文所述的基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的光電脈搏心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具備采集、輸送、顯示以及存儲(chǔ)心率信息的多項(xiàng)功能，一定程度上有助于應(yīng)對(duì)看護(hù)患者成本高、病情監(jiān)測(cè)不及時(shí)等問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，最終對(duì)研發(fā)出來(lái)的光電脈搏心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了多種形式的性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)本次探討的光電脈搏心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，基本符合ZigBee技術(shù)的特征，初步具備一定的臨床實(shí)用價(jià)值，未來(lái)還需進(jìn)一步做好技術(shù)把控。