基于Zigbee技术的医疗监护系统设计毕业设计论文Word格式.docx

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学生姓名

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指导教师

职称

基于Zigbee技术的医疗监护系统设计

摘　要

本系统设计的是基于Zigbee技术的医疗监护系统，它需要检测人体的四个健康体征信息：

体温、脉搏、血压、心电，通过STM32单片机处理信息，经Zigbee无线技术传至上位机实时显示。

由硬件和软件两部分组成。

首先是体温检测，利用探头式温度传感器DS18B20进行温度检测，采用单总线模式，在编程过程中严格按照该芯片的读写时序进行温度检测。

其次是脉搏检测，利用红外脉搏传感器检测由于心脏的跳动，引起指尖的血液变化，经过信号放大、调整等电路处理，计算出脉率。

再次是心电检测，利用心电图采样模块采集出心电信号，通过AD转换读取电压值，并将数据发送至上位机实时显示心电数据。

最后是血压检测，利用改装的全自动血压计BK6022测量出人体血压信息。

另外还包括单片机电源电路、超限声光报警电路、复位电路以及上位机应用程序。

本系统的研究与开发有利于医院更好的进行医疗监护，利用Zigbee技术，传递医疗传感器与监护仪器之间的信息,减少监护设备与医疗传感器之间的连线,使得被监护人能够拥有较多的自由活动空间,更好的为病人服务，同时提高了医院中监护的工作效率，并且有着舒适,低功耗,可扩展性强的特点。

关键词：

Zigbee技术，传感器，医疗监护

TheDesignofWirelessMedicalMonitoringSystemBasedOnZigbeeTechnology

Abstract

ThedesignisahealthcaresystemwhichisbasedontheZigbeetechnology.Itrequiresfoursignsofhealthinformationdetectionofhumanbody:

temperature,pulse,bloodpressure,ECG,processingtheinformationthroughtheSTM32microcontroller,transmittingtheinformationtoPCtoachievereal-timedisplayviaZigbeewireless.Itconsistsoftwopartsofhardwareandsoftware.Thefirstisthetemperaturedetection,usingprobetypetemperaturesensorDS18B20todetect,whichadoptssinglebusmode.Thecourseofprogrammingfortemperaturedetectionisinstrictaccordancewiththechiptoreadandwritetiming.Thesecondisthepulsedetection,usinginfraredpulsesensortodetectchangesinthefingertipbloodbecauseoftheheartbeat.Wecalculatethepulseratethroughsignalamplificationandadjustmentcircuitprocessing.OnceagainistheECGtesting,collectingtheECGsignalbyelectrocardiogram,readingthevoltagevaluethroughtheADconverter,andsendingthedatatothePCtoachievereal-timedisplayofECGdata.Finally,thebloodpressuremeasurementusesamodifiedautomaticsphygmomanometerBK6022tomeasurehumanbloodpressureinformation.SCMalsoincludesapowersupplycircuit,overrunsoundandlightalarmcircuit,resetcircuit,andPCapplications.

Researchanddevelopmentofthissystemisconducivetoabetterhospitalmedicalcare,transferringinformationbetweenmedicalsensorandmonitor,reducingconnectionbetweenthemonitoringequipmentandmedicalsensor,makingtheguardianhavemorefreedomofspace,achievingbetterservicesforpatients,andimprovingtheworkefficiencyofhospitalcare,anditiscomfortable,lowpowerconsumption,scalability.

Keywords:

Zigbeetechnology,sensor,themedicalmonitoring

第一章绪论

当今社会，随着科技发展的日新月异，特别是计算机技术突飞猛进的发展，计算机技术带来了科研和生产的许多重大飞跃，同时计算机也越来越广泛的被应用到人们的生活、工作领域的各个方面。

单片微型计算机以其体积小、功能强、速度快、价格低等优点，在数据处理和实时控制等应用中有着无以伦比的优越性，可广泛地嵌入到如玩具、家用电器、机器人、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电子系统、舰船、个人信息终端及通讯产品中。

随着微控制技术（以软件代硬件的高性能控制技术）的日益完善和发展，单片机的应用必将导致传统控制技术发生巨大的变化。

单片微型计算机的应用广度和深度，已经成为一个国家科技水平的一项重要标志[1]。

另外随着目前社会老龄化的加剧,解决长期慢性病的监护成为重要的社会问题。

一些突发性疾病和家庭保健,如心血管疾病、老人的日常护理、孕妇、胎儿、婴幼儿的保健也需要长期的家庭监护。

以往的解决方案是采用有线方式，各种连线不仅繁琐而且需要护士按病床号依次检查，效率低，负担重，且当异常情况发生时，往往处理不及时容易发生医疗事故，特别在病房里,各种连线不仅使病人感到不适,而且还使病房显得杂乱无章,影响医护人员的工作效率。

因此医疗单位迫切需要一种低成本，高可靠性的无线传输模式代替有线传输模式。

再者为了进一步加深对单片机及其接口的理解，掌握一般的软硬件的设计方法，巩固大学四年之所学，也给自己一个实践锻炼的机会以及有所创新，几个月以来，我们全心投入本次毕业设计，设计出一种网络式的监护装置,实时监测人体的基本生命体征：

体温、脉搏、心电、血压，利用Zigbee技术，传递医疗传感器与监护仪器之间的信息,减少监护设备与医疗传感器之间的连线，使得被监护人能够拥有较多的自由活动空间,更好的为病人服务，同时提高了医院中监护的工作效率，并且有着舒适,低功耗,可扩展性强的特点[2]。

第二章Zigbee技术

2.1Zigbee技术概述

Zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。

主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

简单的说，它是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。

通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展[3]。

与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，Zigbee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。

而移动通信网主要是为语音通信而建立，每个基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个Zigbee“基站”却不到1000元人民币[4]。

每个Zigbee网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。

除此之外，每一个Zigbee网络节点（FFD）还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点（RFD）无线连接[5]。

Zigbee模块是一种物联网无线数据终端，利用Zigbee网络为用户提供无线数据传输功能，其优越的性能已让Zigbee技术广泛应用于物联网产业链中的M2M行业，如智能电网、智能家居、工业自动化、数字化医疗等领域。

2.2Zigbee技术应用于医疗监护的优势

本系统中采用Zigbee技术替代传统的有线连接,主要是基于以下几点考虑：

（1）实时监护

在医院的实际情况中，重病患者随时都可能发生病变，因此需要医疗监护系统具备实时监护的功能。

利用Zigbee技术的医疗监护系统，能自动将检测结果发到医院上位机，使患者能够得到及时的救助，保障了病人的生命安全。

（2）低成本

要想实现医院的无线联网系统，需要组建一个可以覆盖医院整体建筑面积的网络，还需为病人配置相应仪器，所以建设费用是相当高的，而使用Zigbee组网技术，可以大大减少连线,一次性投入成本非常低，运行成本几乎没有。

（3）组网的灵活性

网络的大小是根据病人的多少决定的，所以系统的组网必须灵活性强。

当病人的数量增加或减少时，Zigbee无线网络也能灵活的增加或减少仪器通信接口，而无须进行繁杂的参数设定工作。

（4）低功耗

能耗特性是Zigbee的一个技术优势[6]。

通常Zigbee节点所承载的应用数据速率都比较低。

当某个仪器终端没有病人，不需要通信时，节点可以进入很低功耗的休眠状态，此时能耗可能只有正常工作状态下的千分之一，因此有很高的节能效果，很适合医院使用。

第三章系统设计与实现

3.1系统结构

本监护系统是以STM32单片机为控制核心，通过温度传感器、脉搏传感器、心电传感器以及血压传感器采集病人的各项生理信息，然后经单片机处理后通过Zigbee无线模块传送给上位机，上位机可以实时显示并存储病人的体温、脉搏、心电图、血压等信息，当体温和脉搏不在正常范围内时，上位机可以自动报警，实现本系统的无线监护功能。

下面着重介绍系统各模块的设计与实现[7]。

图3-1系统框图

3.2主控芯片STM32介绍

STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。

按性能分成两个不同的系列：

STM32F103“增强型”系列STM32F101“基本型”系列。

增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；

基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是16位产品用户的最佳选择[8]。

两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRA