基于無線通信技術的電生物信號采集測試研究

潘杰

摘要：可穿戴電生物信號采集系統能夠采集身體不同部位的電生物信號，通過傳感器來獲取電生物信號，將采集的數據儲存在記憶卡中，并以ZigBee無線傳輸的方式實現器件與軟件的實時數據傳輸。波形通過控制器進行數據實時處理在客戶端顯示出來，對身體不同部位信號進行采集并對數據進行分析。

關鍵詞：無線通信;傳感器;生物信號

中圖分類號：TN402? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）25-0273-03

Abstract： Wearable electro-biological signal acquisition system can collect electro-biological signals from different parts of the body， acquire electro-biological signals through sensors， store the collected data in memory card， and realize real-time data transmission between devices and software by ZigBee wireless transmission. The waveform is displayed on the client through the real-time data processing of the controller， and the signals of different parts of the body are collected and analyzed.

Key words： wireless communication; Sensor; Biological signal

1 引言

大腦中不同的部位控制不同的身體活動，大腦的頂部和后部分別控制著四肢運動和看、聽、學、說相關區域。腦電波信號是大腦傳輸命令的基礎，科學家一直在研究腦電波信號和人體的一切活動之間存在的聯系。如果這種關系能夠通過采集人的腦電波信號把這些對應的信號與活動解析出來，那么就可以通過大腦的腦電波信號來通過數據分析輕松地實現人對身體以外事物的控制與操作[1]。人類很多的疾病，都是由腦部損傷或者非正常發育造成的，當通過傳感器收集了正常人的腦部活動的控制系統，就可以通過監測腦部的腦電波信號對腦部疾病患者進行診斷和治療[2]。

2 系統的原理

對于腦電波、心電肌肉、心電、姿勢或身體動作等電生物信號的發現，是經過很多科學研究才發現的。隨著科學的發展越來越多的技術應用于提取生物電信號設備的研究，本文研究的可穿戴采集生物電信號設備的原理圖如圖1所示。

本設備通過傳感器模塊獲取電生物信號，將采集的數據儲存在記憶卡，然后通過ZigBee（2.45GHz的）TDMA無線傳輸的方式輸出到控制器，經過控制器對信號進行處理在電腦端顯示出實時的波形[3]。傳感器：用于測量ECG / EEG 、心電圖、肌電圖信號、截取運動和姿勢的活動，以及去除環境的電磁污染（ EMP）。存儲器安裝在傳感器上后，進行離線生理信號記錄超過11小時的情況下，高質量的數據通過RF傳輸不會降低，連接設備后數據通過控制器傳到電腦。控制器連接到計算機的USB端口，用于聯機或者脫機的生理信號的數據傳輸和電池充電雙按鈕（正，負）和4個LED為簡單的標記和事件標記LIR2032可充電鈕扣電池，完全充電后通常有大于48小時的使用時間有低功耗的ZigBee（2.45GHz的）TDMA無線信號傳輸的交互式會話支持多傳感器、多控制器、時間同步操作[4]，必須是傳感器、存儲器、控制器都連接好的狀態。

3 系統主要功能

系統能夠和網上的開源軟件進行連接展示數據，所以你可以自由地存取、分析，歸檔和共享您自己的生物信號數據。設備包括主要由3個部件組成，傳感器、存儲器和控制器，加上各種配件方便生物型號的測量。穿戴設備可在聯機狀態（生物信號監測、生物反饋訓練、游戲等）使用，也可以在脫機記錄狀態（睡眠、冥想、運動、視頻或音樂活動等）使用或兩種狀態一起使用。腦電波應用技術也可以為殘障人士服務，例如用腦電波控制的智能輪椅等，只需要一個想法便可以改變輪椅的運動姿態[5];腦電波應用可以用于保護個人隱私方面，例如越來越多的建筑使用玻璃幕墻，其中的人員隱私有時得不到保障，此時緊緊通過一個“念頭”變能改變玻璃幕墻的透明度等等[6]。此設備的能夠實現電生物信號采集數據和控制器之間實時傳輸。并且運用ZigBee（2.45GHz的）TDMA無線通信技術可以進行多傳感器的數據實時傳輸，對身體不同部位的生物信號進行處理展示相應的波形。

4 系統實驗測試

利用電生物傳感器對人體的電生物信號進行采集的研究還處于研究階段，還沒有相當完整的實驗數據結果，不同的研究人員采用不同的方法來獲取人體的電生物信號包括入侵式和非入侵式，本設備收集電生物信號采用的是非入侵式，只需要把傳感器設備穿戴到人體表面指定的位置便可以獲取不同的電生物信號。本次實驗對象是6個人。

實驗目的：利用可穿戴設備系統研究腦電波、心電、肌肉等電生物信號以及人體的姿勢。結合數據分析本設備的采集數據的準確度。

實驗對象：隨機選取了4個男士，2個女士進行測試。該組受測人員的年齡在20～25周歲之間，生活習慣良好，沒有參加過類似的穿戴產品信號采集實驗。自愿參加本次測試，在測試前沒有對測試目的進行了解，沒有心理干擾因素。

實驗環境：室內，空間絕對安靜，溫濕度正常。

實驗時間：每天午后課余時間，精神狀態飽滿，身體狀態正常。

（1）加速度計功能（XYZ頻道）測試