基于nrf24e1无线健康监控系统设计

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1、基于nRF24E1无线健康监控系统设计　　【摘要】将无线传感器网络技术应用于医疗卫生领域，特别是远程监控中的应用，对于已经步入老年型社会的我国具有重要的现实意义。本文研制了一种基于nRF24E1的无线监控系统，完成了其无线传感器网络节点的硬件电路构成、工作原理及软件设计思想。通过该设计的简单应用，大大节省了系统硬件资源，简化了软件编写复杂度，且该系统硬件结构简单，功耗低，有较强的实用性。【关键词】nRF24E1无线传感器网络网络节点健康监控系统低功耗7随着无线传感器网络技术的不断进步、成熟和新产品的出现，传感器网络在医疗卫生行业的应用将会越来越广泛。现在医学上对

2、重症患者的临床监控多使用ICU等设施。而ICU具有设备复杂昂贵、线路繁多、难以搬运等缺点，对于病症较轻的患者造成活动限制，对于意识不清楚、不太配合的病人又可能失去作用。复杂的设备、众多的连线，会造成病人心理上的压力和紧张情绪，可能会影响病人身体状况，使得诊断所得到的数据与真实情况有一定差距，给病人和医护人员都带来不便，可能会影响对病情的正确诊断。对于不需住院治疗的轻症患者缺乏必要的监控措施，患者离开医院医生就无法对患者进行监控，一旦发病将延误治疗时机。故将无线传感器网络技术应用于医疗卫生行业具有广泛的应用前景和需求，对于已经步入老年型社会的我国具有重要的现实意义

3、：能够缓解医疗资源的供需矛盾，满足人民群众日益增长的医疗需要，促进人们健康水平和生活质量的提高。1SoC无线射频模块nRF24E1nRF24E1是北欧集成电路公司（NORDIC）推出的一款带2.4GHz无线收发器和增强型8051内核的无线收发模块，适用于各种无线设备的短距离互连应用场合。该模块工作于2.4GHz的ISM（工业、科学、医学）频段，有多达125个频点，能够实现点对点、点对多点的无线通信，同时可通过改频、跳频来避免干扰。nRF24E1集成度非常高，内部集成了增强型51内核，2.4GHz无线收发器，100Kbps的9路模数转换器，UART接口，SPI接口

4、、PWM输出，内置RC振荡器、看门狗和唤醒定时器以及专门的稳压电路。所有高频元件包括电感、振荡器等都集成在芯片内部，因此芯片的性能稳定，受外部环境的影响小。收发器的功耗相当低，发射模式下，射频电流消耗仅为10.5mA，接收模式下仅为18mA。基于以上特点，本系统采用nRF24E1作为无线传感器网络节点的控制核心和无线收发器。2无线监控系统总体结构及工作原理7无线监控系统总体结构如图1所示。在患者家中（也可以包括一定区域的户外）部署传感器网络，对患者的活动区域实现覆盖。患者根据病情、健康状况等佩戴可以提供必要生理指标监测的无线传感器节点，这些节点可以对患者的重要生

5、理指标进行实时监测，如血压、心率、呼吸等。传感器节点获取的数据可以在本地进行简单处理，然后进行聚集并由主控系统通过互联网或移动通信网传送到提供远程健康监测服务的医院，医院的远程健康监测服务器和监测系统对每位被监测患者的生理指标进行实时分析，通过诊断专家系统判断患者的健康状况。如发现患者出现异常或危险则进行报警并快速做出救护措施。主控系统由主机和主控无线模块组成，其中主机可以采用嵌入式系统芯片，也可以采用PC机；主控无线模块由nRF24E1担当控制核心。多个无线传感器网络节点组成了本监控系统的监测模块。每一个节点由无线模块、生理指标监测传感器和一些外围器件构成。同

6、样，其控制核心仍然由nRF24E1担当。本系统采用星形拓扑，其目的是可以方便的扩展组合，随时增加或删减系统成员，满足监测系统升级的不确定性。限于篇幅关系，本文仅对一个无线传感器网络节点进行硬件和软件方面的详细说明。3无线传感器网络节点的硬件组成无线传感器网络节点硬件组成框图见图2。其硬件原理图见图3.7其中，nRF24E1的电源由MAX856提供，MAX856是一种高效的CMOS升压DC-DC电压源变换器，其输入电压0.8-6V，输出电压为3.3V或5V，本设计中输入电压可由电池提供，输出电压选择3.3V。由于nRF24E1内部只有一个512Byte的ROM，使

7、用过程中需要扩展片外存储器，采用32K串行EEPROM25AA320作为片外存储器，存放nRF24E1运行所需的主要程序。系统上电后，512字节ROM引导程序将EEPROM中存储的程序下载到4KBRAM的程序运行空间，另外256字节RAM用于数据存储器。对于被控系统网络节点的设计，只需在图3的基础上增加与传感器的接口电路即可，其信号无非两类，一类是数字信号，可由nRF24E1的双向I/O口接入，另一类是模拟信号，可由其模拟输入口AIN0——AIN7接入，利用nRF24E1自带的A/D转换器将模拟信号转换成数字信号。4网络节点的软件设计nRF24E1有多种工作方式

8、，可以通过PWR_UP、