基于ZigBee生命體征監測網絡的設計分析

徐貝貝

摘 要：ZigBee技術作為一種雙向無線通信技術，可實現信號之間的傳輸，其使用到生命體征監測網絡的設計中，可以提升網絡傳輸質量，提升設計質量。文章對ZigBee生命體征監測網絡的設計進行分析，制定更加高效的網絡，提升設計質量。

關鍵詞：ZigBee；生命體征監測網絡；設計

1 ZigBee生命體征監測網絡組成部分

ZigBee技術作為一種無線連接的技術，可以實現不同頻段的數據傳輸，范圍可以達到10～75 m，因此在進行設計過程中可以采用ZigBee技術實現網絡數據的傳輸。系統設計主要組成部分包括以下幾方面[1-2]。

1.1 軟件系統

實際網絡設計，主要組成部分包括：（1）空間傳感器。傳感器的設置主要目的是收集數據，并且在傳感器中植入芯片，通過ZigBee進行收集數據的傳輸，實現網絡的自主性以及短距離的通信，形成整體的網絡，更好地對數據進行分析以及整理。（2）路由器。生命網絡監控系統需要數據之間的交換以及分析，因此需要采用路由器對網絡信號進行設計，將數據與網絡進行交換，保證整體網絡可以實現大量數據情況下的合理運轉，承受處理大量數據以及技術分析的功能，維持整體系統的正常運行。（3）終端設備。傳感器收集的數據最終需要輸入到相應的終端中進行分析以及處理，ZigBee網絡作為連接技術將數據發送至調節器中，并將協調器試行的數據進行全面的分析，實現無線監控各項生命體征的目的。

1.2 硬件系統

系統設計中對于硬件設備同樣也是需要設計的環節，主要包括：（1）轉換以及捕捉模塊。數據以及采集需要對患者的體溫、脈搏以及呼吸頻率進行數據獲取，數據需要經過監控設備將信息進行限制，并且結合ZigBee無線網絡對數據通過協調器進行從傳輸，硬件設備構成模塊如圖1所示，傳感器包括血壓、體溫、脈搏以及呼吸傳感器，并且設置A/D轉換器，將傳感器捕捉到的數據進行傳輸。（2）電池。電池是維持硬件系統運行的動力能源，在設計中采用9V鋰電池維持設備硬件運行，并且對電池進行分壓，SV電壓主要維持LED顯示運行，3.3 V電壓則維持網絡數據傳輸，這樣可以提升設備運行的穩定性，提升設備的運行質量。（3）通信串口。通信串口的使用可以將不同的數據進行傳輸，實現不同頻段數據之間的轉換，進而將數據傳輸到調節器中，完成整體系統運行。

2 ZigBee生命體征監測網絡的結構設計

系統運行中不同的部分需要采用不同的結構，進而達到整體設計的要求，具體構成部分包括以下方面（見圖2）。

2.1 體溫模塊

體溫模塊的硬件設計主要是采用熱敏電阻進行溫度傳感，熱電阻采用的是與溫度呈現正比例關系的熱敏元件，以0℃為初始溫度，電阻為100 Ω，如果溫度以1℃的頻率遞增，則電阻增加0.4Ω，這樣可以對使用人員體溫進行測試，并且電阻采用的是四線制電路的設計，可以保持電量的持續恒流，維持系統運行的穩定性，可以持續性地獲得體溫值。

2.2 脈搏模塊

進行脈搏的設計則是采用常規的數指夾式傳感器對脈搏進行測量，該設備是將傳感器直接放置在光耦之間，并且借助二極管進行發光，接通三極管對光源進行接通，結合手指位置的微血容積與心臟跳動頻率相互作用關系，通過光的強度將電壓信號進行傳輸，監控患者脈搏。

2.3 呼吸模塊

呼吸模塊則是采用壓電材料、濾波材料以及信號感應電路對人體呼吸情況進行感應，收集人體呼吸產生的腹部壓力變化情況，并且對變化情況進行記錄，轉化為信號，形成一定的圖像，將呼吸頻率進行監控以及處理。

2.4 血壓模塊

血壓監控主要采用傳感器的方式，包括血壓傳感線路、濾波放大電路以及血壓脈沖出發電路等，在進行血壓監控的過程中主要是采用振波法，從使用者手臂肱骨位置的動脈壓力進行監控，進而對收縮壓以及舒張壓進行監控，之后通過傳感器將信號進行傳輸，對血壓進行監控，采集必要的信號，將血壓信號收集結束后，通過傳感器對數據進行分析，獲得具體的血壓情況。

2.5 無線模塊

無線傳輸設備也是系統運行的中藥模塊，無線頻射芯片主要包括控制電路以及協調器等不同的模塊，通過控制線路將信號進行輸出，在輸出結束后通過無線終端對數據進行分析，將協調器與電腦進行連接，收集的數據通過終端無線發送模塊與單片機控制模塊通過異步串行通信接口USARTO直接傳送至電腦上，對收集到的各項數據信息進行分析以及整理，并且設置必要的報警系統，一旦各項生命指標超出正常的范圍，則進行報警操作，進而實現無線監控功能，保證各項監控的順利完成，將各項硬件系統完成。

3 ZigBee生命體征監測網絡軟件系統流程

ZigBee生命體征監測網絡需要通過軟件系統對不同的模塊進行控制，該系統主要包括單機程序以及ZigBee無線模塊設計兩個主要的方面，軟件系統運行流程如圖3所示。

3.1 模塊初始化

在使用開始之前對各項模塊進行初始化處理，使各項功能之前的數據清零，這樣可以保證各項數據在使用過程中的準確性，進而制定更加科學化的數據處理方法，對數據進行科學以及規范化的處理，使得數據在傳輸過程中的各項信號完整有效。在初始化過程中不同的模塊處于準備工作狀態，保證信號傳輸的完整性。

3.2 模塊測試

在初始化之后需要對各個模塊運行情況進行測試，脈搏信號以及呼吸信號的輸入主要采用的是矩形脈沖的形式，一旦捕捉到相鄰的信號，則信號就處于上升沿，并對信號差值進行計算，這樣可以將使用人員的脈搏以及呼吸進行測試，并且對獲得數據進行測試，計算平均濾波，并且對時間差進行計算，得到平均值，防止出現誤差。對于血壓的采集，則需要按照一定的頻率進行，在進行測試過程中通過相應的單片機發送指令，感應器則需要進行信號的輸出。ZigBee網絡主要通過ZigBee2007協議進行實現，包括數據發送以及接收，異步通信串口的波特率設置為9 600 bit/s，這樣可以更好地對數據進行傳輸。

3.3 信號發送

在進行數據收集結束后則需要對信號傳輸，因此通過初始化結束后可以啟動整體設系統并發送各項網絡命令，之后開始創建網絡運行環境，在協調器命令開始后，建立網絡，啟動終端設備，終端自動的搜索網絡，并且發送請求，在終端網絡確認請求后，按照ZigBee協議的方式將網址進行發送，并且將數據發送至解調器，之后傳輸至移動終端，完成整個的系統運行過程。

4 結語

在社區、家庭等遠離醫院的環境下，經由無線傳感器網絡將數據傳輸至醫療中心或醫生個人的電腦，由后臺運行分析并可提出指導性建議，在遇到異常體征數據時，及時發出警告，并調動醫療資源進行有效救助，合理地節約了醫療資源。

[參考文獻]

[1]劉忠杰.基于ZigBee的老人健康監護系統設計與實現[J]電腦知識與技術，2017（8）：223-225.

[2]唐曉艷，金濤，洪英豪.ZigBee生命體征監測系統設計[J].福州大學學報（自然科學版），2015（5）：642-647.