CN102613965A - 基于无线射频技术的体征监测仪及其监测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于无线射频技术的体征监测仪，用以采集人体生理指标数据，并通过射频通信的方式将数据传输至监护基站设备，包括：若干传感器、传感器数据采集模块、处理器模块、Zigbee网络通信模块和电源模块，传感器数据采集模块分别与传感器和处理器模块连接，用以将传感器采集到的数据发送至处理器模块，处理器模块分别与Zigbee网络通信模块和电源模块连接，用以对接收到的数据进行处理、显示及存储，并通过Zigbee网络通信模块传输至监护基站设备，由电源模块为处理器模块提供电力。本发明具有功耗低、数据传输实时、高效且自组网能力强，传输可靠性高的优点。

Description

基于无线射频技术的体征监测仪及其监测方法

技术领域

本发明涉及体征监测领域，尤其涉及一种基于无线射频技术的体征监测仪及其监测方法。

背景技术

体温、脉搏、血压等体征数据是反映人体健康状况的重要生理指标，以往，对伤员各项体征参数依靠救护人员进行人工勘测，勘测劳动强度大、效率低且实效性差。并且，伤员由医护人员进行人工分类，经过初步分类后，伤员在现场等待后续救治，此时，由于应急医疗反应小组的医疗资源有限，伤员常常在后送前需要等待很长的时间，在等待期间，伤员情况可能恶化，继发性损伤，如体温过低、血压过低、心压塞等若未给予立即治疗可危及生命。另外，作为陆地或舰船指挥中心无法实时的了解各地伤员的一些统计及详细情况，也导致指挥无法均匀合理分配各救护单位救治伤员人数。因此，对病人的生理指标进行连续监测，可为伤员的救治提供重要依据。

随着传感器技术，嵌入式计算机技术和无线通信技术的发展，基于无线传感器网络的生命体征监测***受到越来越多的关注。其中，基于普通射频芯片和自定义传输协议的***具有实现简单和成本较低的优点，缺点是可靠性较低，通用性较差；基于Bluetooth协议的***数据传输率较高，但作用距离短，功耗高，组网能力弱；ZigBee作为建立在IEEE802.15.4通信标准之上的低速无线个域网(Low-RateWireless PersonalNet-work，LR-WPAN)协议规范，构成的***具有复杂度低、功耗低、可靠性高、组网能力强等优点，成为本领域应用研究的热点。

综上所述，急需为卫勤指挥部门提供一种基于ZigBee网络协议，适用于基于ZigBee网络协议的生命体征监控***，实时、高效、可靠，能够在战时、平时实时监测汇总伤员伤情，并及时向指挥中心通讯报告的伤员体征监测仪。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种实时、高效、可靠的基于无线射频技术的体征监测仪。

本发明的另一目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种实时、高效、可靠的基于无线射频技术的体征监测方法。

为达到上述目的，本发明提供一种基于无线射频技术的体征监测仪，用以采集人体生理指标数据，并通过射频通信的方式将数据传输至监护基站设备，包括：若干传感器、传感器数据采集模块、处理器模块、Zigbee网络通信模块和电源，传感器用以实时采集人体生理指标数据，传感器数据采集模块分别与传感器和处理器模块连接，用以将传感器采集到的数据发送至处理器模块，处理器模块分别与Zigbee网络通信模块和电源连接，用以对接收到的数据进行处理、显示及存储，并通过Zigbee网络通信模块传输至监护基站设备，由电源模块为处理器模块提供电力，其进一步包括CPU、调理电路、A/D转换电路和存储器，调理电路用以将传感器采集到的信号进行滤波和放大后发送至A/D转换电路，A/D转换电路用以将信号转换为数字信号后发送至CPU，CPU对数字信号进行分析处理后将最终得到的生理特征数据存入存储器，并通过Zigbee网络通信模块传输至监护基站设备。

依照本发明较佳实施例所述的基于无线射频技术的体征监测仪，其还包括以数码显示屏，数码显示屏与处理器模块连接，用以将处理器模块接收到的数据进行显示。

依照本发明较佳实施例所述的基于无线射频技术的体征监测仪，其传感器数据采集模块与处理器模块通过串行接口连接，且串行接口采用RS232接口。

依照本发明较佳实施例所述的基于无线射频技术的体征监测仪，其处理器模块采用TI公司的ZigbeeCC2530系列芯片。

依照本发明较佳实施例所述的基于无线射频技术的体征监测仪，其传感器包括：

体温传感器：用以通过红外耳温技术实现体温数据监测，采用挂耳式方式佩戴于伤员头部进行实时体温数据采集；

脉搏传感器：用以通过指夹方式实时采集伤员心率脉搏数据；以及，

血压传感器：用以通过作用于手腕桡动脉，测出桡动脉的波动来反映被测者的血压。

依照本发明较佳实施例所述的基于无线射频技术的体征监测仪，其调理电路和A/D转换电路采用CMOS电路。

依照本发明较佳实施例所述的基于无线射频技术的体征监测仪，其电源模块包括一3V电池和一MAX856直流泵升电路，MAX856直流泵升电路与电池连接，用以在供电电压转换时将电压提升至5V。

为达到上述目的，本发明还提供一种基于无线射频技术的体征监测方法，将基于无线射频技术的体征监测仪应用程序划分为主线程、网络接收解析线程、串口接收线程和串口解析线程四个线程进行数据监测，具体包括以下步骤：

(1)主线程在初始阶段申请所需要的资源及初始化所有使用到的设备和模块，然后创建其余三个线程，之后，主线程进入事件等待循环，等待监控基站用户的操作或其他线程发送来的消息；

(2)网络接收解析线程监听网络接口，等待网络数据包的到来，当线程接收到网络数据包后，对网络数据包进行解析，提取出有效数据，并通过消息机制通知主线程，由主线程根据消息的类型自动调用具体的回调函数进行处理；

(3)串口接收线程监听串口，当串口有数据到达时，该线程将串口接收到的数据以字节为单位依次放置到串口接收线程与串口解析线程所共有的缓冲区中；

(4)串口解析线程从缓冲区中以字节为单位依次取得一个数据包，对取得的数据进行验证及解析，得到有效的生理特征数据，根据有效数据的类型相主线程发送特定类型的消息，主线程接收到消息后，调用相应的回调函数改变监控基站用户界面所显示的生理特征值。

本发明基于无线射频技术的体征监测仪及监测方法采用射频通信方式传输数据，实现了基于ZigBee网络协议的数据传输，数据的传输实时、高效、可靠，并且功耗低、自组网能力强，实现了在战时、平时实时监测汇总伤员伤情，并及时向指挥中心进行通讯报告。另外，本发明还采用了功耗低、集成度高的CC2530微控制器，并且所有电路采用静态功耗极小、动态功耗极易控制的CMOS集成电路，实现了“多干少耗、少干微耗、不干不耗”的优化。因此，与现有技术相比，本发明具有功耗低、数据传输实时、高效且自组网能力强，传输可靠性高的优点。

附图说明

图1为本发明基于无线射频技术的体征监测仪的结构原理图；

图2为本发明基于无线射频技术的体征监测方法的流程原理图。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本发明。

请参阅图1，一种基于无线射频技术的体征监测仪，用以采集人体生理指标数据，并通过射频通信的方式将数据传输至监护基站设备，包括：若干传感器10、传感器数据采集模块20、处理器模块30、Zigbee网络通信模块40、电源模块50和数码显示屏60。传感器10用以实时采集人体生理指标数据，传感器数据采集模块20与传感器10连接，且与处理器模块30通过RS232串行接口连接，用以将传感器10采集到的数据发送至处理器模块30，处理器模块30分别与Zigbee网络通信模块40和电源模块50连接，用以对接收到的数据进行处理、显示及存储，并通过Zigbee网络通信模块40传输至监护基站设备，由电源模块50为处理器模块30提供电力，其进一步包括CPU31、调理电路32、A/D转换电路33和存储器34，调理电路32用以将传感器10采集到的信号进行滤波和放大后发送至A/D转换电路33，A/D转换电路33用以将信号转换为数字信号后发送至CPU31，CPU31对数字信号进行分析处理后将最终得到的生理特征数据存入存储器34，并通过Zigbee网络通信模块40传输至监护基站设备。存储器34用于存储传感器10所采集的临时数据，在处理器模块30将数据传输之后，不做数据的大量存储。数码显示屏60与处理器模块30连接，用以将处理器模块30接收到的数据进行显示。

在本实施例中，处理器模块30采用TI公司的ZigbeeCC2530系列芯片，调理电路32和A/D转换电路33采用CMOS电路，电源模块50包括一3V电池和一MAX856直流泵升电路，MAX856直流泵升电路与电池连接，在供电电压转换时将电压提升至5V。

CC2530微控制器是专门为手持设备设计的低功耗、高度集成的微控制器。CC2530基于ARM体系结构，采用ARM920T处理器内核，时钟频率最高可达203MHz。该微控制器不但具有处理单元(CPU)，还集成了一些常用的接口控制器，如串行接口(UART)、支持薄膜晶体管(TFT)的LCD控制器、闪存(NAND FLASH)控制器、触摸屏接口、通用串行总线(USB)控制器等，另外，该微控制器还内置内存管理单元(MMU)。

低功耗是***设计中的重要问题，由于CMOS电路具有极微小的静态功耗、极易控制的动态功耗和良好的电源管理特性，因此，本***中全部使用了CMOS集成电路。CMOS电路的功耗管理原则是最大限度地减少***运行中的平均功耗，实现零功耗的追求目标，根据CMOS电路的功耗特性，对***实施“多干少耗、少干微耗、不干不耗”的优化。

综合考虑穿戴式设备的功耗和体积两个方面的要求，同时，为与设备中无线收发模块的电平匹配，本实施例中选择了3V电池作为***的整个供电电源。MAX856是一种高效、DC-DC直流泵升电路，对电池供电的电路尤其适合，在100mA时具有85％的转换效率，在关断模式下，仅有1μA的功耗，具有低电压监测功能，通过MAX856的电压提升，使***方便地实现了3V和5V两种电压方式的供电，同时，此电路还有电源管理的作用，实现了总线分布式电源***。

本实施例中，传感器10包括体温传感器、脉搏传感器和血压传感器。其中，

体温传感器：用以通过红外耳温技术实现体温数据监测，采用挂耳式方式佩戴于伤员头部进行实时体温数据采集；

脉搏传感器：用以通过指夹方式实时采集伤员心率脉搏数据；以及，

血压传感器：用以通过作用于手腕桡动脉，测出桡动脉的波动来反映被测者的血压。

需要说明的是，本发明采用的传感器并不仅限于上述的传感器类型，本发明的基于无线射频技术的体征监测仪为传感器的扩展留出了丰富的接口，如果需要其他类型的生理指标数据，如心电、血糖、血氧、脑部血流变情况等数据，则只需要将相应的传感器接入预留的接口，形成新的无线传感器节点，开发相应的嵌入式控制及处理软件对传感器数据采集模块进行相应升级即可。例如，通过安装脑部血流变监测传感器与便携式B超机相结合，对传感器数据采集模块进行相应升级后就可以监测伤员脑部及其他生理组织的血流变情况。

请再参阅图2，为达到上述目的，本发明还提供一种基于无线射频技术的体征监测方法，将基于无线射频技术的体征监测仪应用程序划分为主线程、网络接收解析线程、串口接收线程和串口解析线程四个线程进行数据监测，具体包括以下步骤：

(1)主线程在初始阶段申请所需要的资源及初始化所有使用到的设备和模块，然后创建其余三个线程，之后，主线程进入事件等待循环，等待监控基站用户的操作或其他线程发送来的消息；

(2)网络接收解析线程监听网络接口(即Zigbee网络通信模块)，等待网络数据包的到来，当线程接收到网络数据包后，对网络数据包进行解析，提取出有效数据，并通过消息机制通知主线程，由主线程根据消息的类型自动调用具体的回调函数进行处理；

(3)串口接收线程监听串口(与传感器数据采集模块20连接)，当串口有数据到达时，该线程将串口接收到的数据以字节为单位依次放置到串口接收线程与串口解析线程所共有的缓冲区中；

(4)串口解析线程从缓冲区中以字节为单位依次取得一个数据包，对取得的数据进行验证及解析，得到有效的生理特征数据，根据有效数据的类型相主线程发送特定类型的消息，主线程接收到消息后，调用相应的回调函数改变监控基站用户界面所显示的生理特征值。

以上所述，仅是本发明的较佳实施实例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种基于无线射频技术的体征监测仪，用以采集人体生理指标数据，并通过射频通信的方式将数据传输至监护基站设备，其特征在于，包括：若干传感器、传感器数据采集模块、处理器模块、Zigbee网络通信模块和电源模块，所述传感器用以实时采集人体生理指标数据，所述传感器数据采集模块分别与所述传感器和处理器模块连接，用以将所述传感器采集到的数据发送至处理器模块，所述处理器模块分别与所述Zigbee网络通信模块和电源模块连接，用以对接收到的数据进行处理、显示及存储，并通过所述Zigbee网络通信模块传输至监护基站设备，由所述电源模块为处理器模块提供电力，其进一步包括CPU、调理电路、A/D转换电路和存储器，所述调理电路用以将传感器采集到的信号进行滤波和放大后发送至A/D转换电路，所述A/D转换电路用以将信号转换为数字信号后发送至所述CPU，所述CPU对数字信号进行分析处理后将最终得到的生理特征数据存入所述存储器，并通过所述Zigbee网络通信模块传输至监护基站设备。

2.如权利要求1所述的基于无线射频技术的体征监测仪，其特征在于，还包括以数码显示屏，所述数码显示屏与所述处理器模块连接，用以将处理器模块接收到的数据进行显示。

3.如权利要求1所述的基于无线射频技术的体征监测仪，其特征在于，所述传感器数据采集模块与所述处理器模块通过串行接口连接，且所述串行接口采用RS232接口。

4.如权利要求1所述的基于无线射频技术的体征监测仪，其特征在于，所述处理器模块采用TI公司的ZigbeeCC2530系列芯片。

5.如权利要求1所述的基于无线射频技术的体征监测仪，其特征在于，所述传感器包括：

体温传感器：用以通过红外耳温技术实现体温数据监测，采用挂耳式方式佩戴于伤员头部进行实时体温数据采集；

脉搏传感器：用以通过指夹方式实时采集伤员心率脉搏数据；以及，

血压传感器：用以通过作用于手腕桡动脉，测出桡动脉的波动来反映被测者的血压。

6.如权利要求1所述的基于无线射频技术的体征监测仪，其特征在于，所述调理电路和A/D转换电路采用CMOS电路。

7.如权利要求1所述的基于无线射频技术的体征监测仪，其特征在于，所述电源模块包括一3V电池和一MAX856直流泵升电路，所述MAX856直流泵升电路与所述电池连接，用以在供电电压转换时将电压提升至5V。

8.一种基于无线射频技术的体征监测方法，其特征在于，将基于无线射频技术的体征监测仪应用程序划分为主线程、网络接收解析线程、串口接收线程和串口解析线程四个线程进行数据监测，具体包括以下步骤：

(1)主线程在初始阶段申请所需要的资源及初始化所有使用到的设备和模块，然后创建其余三个线程，之后，主线程进入事件等待循环，等待监控基站用户的操作或其他线程发送来的消息；

(2)网络接收解析线程监听网络接口，等待网络数据包的到来，当线程接收到网络数据包后，对网络数据包进行解析，提取出有效数据，并通过消息机制通知主线程，由主线程根据消息的类型自动调用具体的回调函数进行处理；

(3)串口接收线程监听串口，当串口有数据到达时，该线程将串口接收到的数据以字节为单位依次放置到串口接收线程与串口解析线程所共有的缓冲区中；

(4)串口解析线程从缓冲区中以字节为单位依次取得一个数据包，对取得的数据进行验证及解析，得到有效的生理特征数据，根据有效数据的类型相主线程发送特定类型的消息，主线程接收到消息后，调用相应的回调函数改变监控基站用户界面所显示的生理特征值。

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