基于无线传感器网络的无线医疗监护系统的设计与实现-论文.pdf

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1、技术交流2015．3数据通信TechnoloqvDiscussion基于无线传感器网络的无线医疗监护系统的设计与实现孙亚容苏胜君许金金褚好迎(上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093)摘要：本文设计了基于无线传感器网络的无线医疗监护系统，利用基@TinyOS~作系统的CC2430作为无线射频模块，加速度传感器、脉搏传感器和体温传感器分别检测人体姿态、脉搏和体温。提出的基于RSSI值的定位算法可正确定位被监护者所处位置，跌倒算法可以准确判别人体跌倒状态，设计的上位机界面可以实时显示被监护人人体状态。结果表明，该系统可准确地获取被监护人脉搏、体温、人体姿态和位置等信息，实现了可靠

2、的无线监护目标。关键词：无线传感器网络；TinyOS；传感器；RSSI；跌倒检测中图分类号：TP391文献标识码：A1引言2无线医疗监护系统总体设计传统的医疗监护系统中，每项身体指标都需要基于无线传感器网络的无线医疗监护系统，其医护人员亲自为病患进行检查，极大增加了医护人系统框架如图1所示，系统主要包括终端节点、无线员的工作量，但仍无法做到高效的救助。此外，随着射频模块、路由节点、网关节点、PC端等模块。我国老龄化问题的越来越严重，每年接受治疗的人越来越多，传统的监护方式已经无法满足当前的情况。因此，采用现代信息技术对病患或老年人的日常行为进行监测，变得尤为重要。无线传感器网络作为近年来

3、发展比较迅猛的新图1无线医疗监护系统框架图型学科，具有低功耗、低成本、分布式和自组织等特点，从而逐渐成为医疗监测领域的研究热点Ill。本文终端节点主要负责数据的采集、处理和传输，路主要基于无线传感器网络，利用不同的传感器采集由节点主要负责数据的传输和定位，网关节点主要人体生理信号和状态信息，通过一定的算法计算人负责数据的无线传输以及与Pc端的串口通信。体脉搏、判别人体姿态以及位置信息，并对这些信息进行处理后通过无线射频模块无线发送给医护人员3无线传感器节点硬件设计或亲属等监护人，监护人可以通过这些数据对被监3．1射频模块护者采取及时高效地救助。该系统实现了远程实时本文采用TI的CC243

4、0芯片，该芯片集成了增强监测被监护人，获取被监护者的行为状态、位置信息型8051微控制器内核和符合IEEE802．15．4标准的以及脉搏等信息的设计目标。2．4GHz的RF无线射频收发器，可以处理传感器节点41技术交流TechnoloavDiscussion数据通信2015．3数据和节点间数据的传输。此外，该系统采用全开源表2方差量化分段表方差值分段值方差值分段值TinyOS操作系统，减少了内存需求，节约了能耗，提0—00256O1．7424～2．19048高了节点cPu的使用率。00256～0．102412．1904—2890090．1024—0．211622．8900～3．68641

5、00．2l16—0-384433．6864～4．7524l103844～0．608444．7524—6．05l6120．6084～0．883656．0516—7．9524130．8836～1．254467．9524一l0．890141．2544～1．742471089～+l5人体跌倒是个短暂的过程，其过程经历四个状态，即正常状态、失重状态、撞击状态和静止状态。图2CC2430结构图均值和方差为识别人体跌倒状态提供了准确的3．2加速度传感器判别数据。下图为人体跌倒算法流程图：人体发生跌倒有一个短暂的过程，在这段时间内，人体的重力、加速度和位移都会发生很大的变化囡，本系统采用MMA7260Q

6、T~I速度传感器，设置该传感器的灵敏度为0．6V／g。采集该传感器垂直、前后和左右三个方向的模拟电压值_引，经过CC2430中的A／D转换后得到相应的加速度。加速度值量化的公式见式(1)，其中Vn0是第一次初始化采集的电压值，是电压基准值，Vn是实时电压值，VDD是CC2430的供电电压值，Gm是量程灵敏度。—I，~"GnnOn本系统采用文献[4]设计的一种移动检测节点的节能工作模式。在一个移动检测数据采集周期中依图3跌倒算法流程图次采集加速度传感器三个方向的电压和内部电压值，重复四次相同的操作后，进入睡眠等待下一个移3．3体温传感器动检测周期到来。三个移动检测周期采集的数据作该系统采用

7、3950热敏电阻测量人体体温，通过为一组数据，求取均值和方差。由于数据采集精度测量阻值变化来间接获取温度值。通过CC2430的高，数据连续性好，却不利于算法的判别，因此还需A／D转换后，计算出热敏电阻的阻值，得出当前人体要对数据进行量化。体温值。如果采集到的体温与上一次保存的数值不表1加速度量化分段表同，则认为体温发生变化，发送该数据，否则丢弃。加速度量化值分段值加速度量化值分段值3．4脉搏传感器⋯1．625O0125～0．3758