无线传感器网络技术及应用十二.ppt

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1、第12章无线传感器网络应用系统 典型案例详解12.1基于无线传感器网络的远程医疗监护系统设计12.2基于无线传感器网络的光强环境监测系统设计12.1基于无线传感器网络的　　　　　远程医疗监护系统设计本系统由监护基站设备和ZigBee传感器节点构成一个微型监护网络，传感器节点上使用中央控制器对所需要监测的生命指标传感器进行控制来采集数据，通过ZigBee无线通信方式将数据发送至监护基站设备，并由该基站装置将数据传输至所连接的PC或者其他网络设备上，通过Internet可以将数据传输至远程医疗监护中心，由专业医疗人员对数据进行统计观察，提供必要的咨询服务，实现远程医疗。在救护车中的急救人员

2、还可通过GPRS实现将急救病人情况的实时传送，以利于医院抢救室及时地做好准备工作。医疗传感器节点可以根据不同的需要而设置，因此该系统具有极大的灵活性和扩展性。同时，将该系统接入Internet，可以形成更大的社区医疗监护网络、医院网络乃至整个城市和全国的医疗监护网络。12.1.1无线传感器网络的远程医疗监护系统概述1．系统结构远程监护可以定义为通过通信网络将远端的生理信息和医学信号传送到监护中心进行分析并给出诊断意见的一种技术手段。无线传感器网络与远程监护示意图如图12.1所示。远程监护系统一般包括三个部分：监护中心、远端监护设备和联系两者的通信网络。图12.2所示为一个简化的远程监护系统

3、结构图。1)远端监护设备　　根据监护对象和监护目的不同，远端监护设备有多种类型，按用途可分为三类。第一类为生理参数检测和遥测监护系统，这类设备的使用范围最为广泛，能帮助医生掌握监护对象的病情并提供及时的医疗指导。检测的生理信息主要包括心电图、脑电图、心率、血压、脉搏、呼吸、血气、血氧饱和度、体温、血糖等。第二类为日常活动监测设备，如监护对象的坐卧行走等活动状态和监护对象的日常生活设施使用情况，主要应用于儿童、老年人和残疾人。第三类是用于病人护理的检测设备，如瘫痪病人尿监测设备，可以降低护理人员的劳动强度。图12.1无线传感网络与远程监护示意图图12.2远程监护系统结构图2)监护中心　　

4、监护中心可以位于急救中心、社区医院、中心医院或其他医护人员集中的场所，其功能为接收远端监护设备传送的医学信息，为远地患者提供多种医疗服务。3)通信网络　　连接远端监护设备和监护中心的通信方式主要包括程控电话(PSTN)、交互电视、综合服务数字网(ISDN)、非对称数字用户线环路(ASDL)、光纤网(ATM)、微波通信、卫星通信、无线蜂窝通信(移动电话GSM)等。2．医疗监测原理本系统用一种快速测量脉搏的方法，采用光电转换，在几秒内测量每分钟的脉搏数。脉搏传感器可以采用透过型和反射型两种，系统中选择的是透过型红外传感器。因为反射型的光电传感器对手指与传感器的相对位置和压力有较严格的要求，这

5、对于老年人来说并不十分方便。透过型脉搏传感器由小灯泡、光敏二极管和圆筒组成。在一个圆筒上挖两个小孔(两个孔与圆筒截面的圆心在一条直线上)，一侧放小灯泡，另一侧放光敏二极管。当手指放入圆筒时，由于心脏压送血液的不同，手指上通过的血液流量也不同，血流量不同，其透光率也不同，光敏二极管对不同的透光率会有敏感的反映，通过的电流会随血液流量而变化，把电流的变化再转化为电压的变化，然后进行测量。12.1.2无线传感器网络的远程医疗监护系统硬件设计本系统的设计和实现采用了模块化设计的思想。从功能模块上该系统可分为数据采集模块、无线收发模块和通用串行总线接口传输模块。系统的硬件结构由两部分组成：一部分是数

6、据采集和无线数据发射电路；另一部分是无线数据接收和通用串行总线接口电路。系统的总硬件结构如图12.3所示。图12.3系统的总硬件结构1．无线监护传感器节点的设计无线传感器网络节点的主要功能为采集人体生理指标数据，或者对某些医疗设备的状况或治疗过程情况进行动态监测，并通过射频通信的方式将数据传输至监护基站设备。其节点主要包括五部分：处理器模块、无线数据通信模块A/D转换、传感器及相关调理电路、电源模块。其节点结构如图12.4所示。2．MSP430系列单片机及其外围电路处理器模块硬件系统包括处理器模块(16位单片机MSP430F149、存储器及外围芯片)、A/D转换模块、串行端口和存储器模块。

7、下面详细介绍各个组成部分。图12.4无线监护传感器节点结构1) MSP430系列单片机MSP430F1XX单片机采用16位RISC结构，其丰富的寻址方式、简洁的内核指令、较高的处理速度(8 MHz晶体驱动，指令周期为125 ns)、大量的寄存器以及片内数据存储器使之具有强大的处理能力。该系列单片机最显著的特点就是超低功耗，可在1.8～3.6 V电压、1 MHz的时钟条件下运行，耗电电流在0.1～400 µA，RAM保持的