zigbee的人体体域网设计与实现【字数：18914】
生理信号中蕴含着大量有关人体健康状态的生理或病理信息，采集和分析这些信号中的信息可以了解人体的健康状态。而同步采集多路生理信号能提高疾病检测的准确率，因此，构建人体体域网，研制多路生理信号同步采集与监测系统，对人体状态的准确监测具有十分重要的意义。本设计目的是基于ZigBee模块构建人体体域网，实现多路生理信号的同步采集与处理。该系统主要由两个从机及一个主机组成；从机以STM32为核心实现多路信号的采集与发送，包括从机1和从机2从机1置于人体手背处，用于获取静脉脉搏和三轴加速度信号；从机2置于胸部，用于获取心电信号、呼吸信号以及动脉脉搏信号；主机以PC为主体，通过LabVIEW软件搭建的人机交互界面，实现多路生理信号的接收、处理、存储与人体健康状态显示。主机和从机之间由ZigBee模块组网连接，实现无线通信。通过实际系统调试与试验，结果表明该系统能够同步采集并处理人体多路信号，并能实时计算心率、脉率、呼吸率等参数，为进一步心血管等疾病远程监测的研究提供支撑。
目录
1.绪论 1
1.1课题背景 1
1.2课题研究的基础、现状与趋势 1
1.3本设计的研究内容 2
1.3.1研究内容 2
1.3.2论文内容安排 2
2. 系统设计方案 3
2.1 系统总体框架 3
2.1.1 主从机工作流程 3
2.1.2 主从机设计思路 4
2.2 系统实现 4
2.2.1 充电和稳压电路 4
2.2.2 传感器及各预处理电路 6
2.2.3 单片机及通讯模块选型 14
2.2.4 LabVIEW人机交互界面 17
2.2.5 PCB原理图设计 18
2.2.6 系统实物 29
3.系统的软件设计 31
3.1 总体工作流程 31
3.2 从机流程 32
3.2.1 从机1工作流程 32
3.2.2 从机2工作流程 33
3.3 主机软件设计及流程 34
3.3.1 主机流程图 34
3.3.2 LabVIEW人机交互软件设计 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
35
3.3.3 LabVIEW程序框图软件设计 37
4.系统调试与结果分析 41
5.总结与展望 43
参考文献 44
致谢 46
附录一（PCB图） 47
附录二（主要程序） 51
1.绪论
1.1课题背景
由于今年我国人口老龄化的严重加剧，脑力劳动者数量的不断增加，心血管疾病的发病率正逐年显著上升。2010年我国的心血管疾病患者已经达到2.3亿人，心血管疾病已经成为中国人的最主要的危害，每年因心血管疾病而死亡的人数已超过300万人。与此同时，因为心血管疾病的高隐蔽性、突发性和致死性，大量无明显症状的猝死事件已近引起社会巨大反响。故研究在线监视与预警系统十分必要。
一方面，目前，国内外大量研究表明心血管疾病是可以防护和控制的，在早期心脑血管疾病中，一些异常信息已经可以通过生理信号（脉搏、心电、心音和呼吸等信号）检测出来，基于多生理信号有望实现心血管疾病的监护与预警。国内医疗资源有限，人口分布不均，东西部以及城乡之间医疗资源不平衡导致了目前“看病难，看病贵”的问题，远程家庭医疗是解决这个问题的重要途径之一。在家庭工作等无医生护士等专业人员监护的环境下，通过多生理信号监护系统对人体状态进行监测，辅助医护人员进行疾病的远程诊断和治疗，是实现远程医疗十分重要技术手段之一。
另一方面，限制疾病准确识别和预测的瓶颈之一是数据的缺失。同步采集人体多路生理信号，为疾病预测等科学研究提供数据支撑。由此需要一个能用于家庭健康监护，可实时采集和分析人体多路信号，供就医或者远程医疗研究作为诊断参考的设备。而近年来，随着物联网技术的不断发展，使得在线采集和处理这些信号成为可能。研制基于ZigBee的多生理信号同步采集和处理试验系统，同步获取人体多种生理信号，从中提取简单参数对人体状态进行监测。同时，积累生理信号数据，建立数据库。对实现远程医疗及疾病的智能识别十分重要的研究意义。
1.2课题研究的基础、现状与趋势
无线通讯的发展提供了更多样的多媒体设备之间的通讯并为人类提供了几乎覆盖全球的通讯网络，使得地球两端的人能非常方便的进行交流。正是无线通讯的飞速发展下，人体体域网的概念被提出来。这项技术主要作用于医疗领域，为患者提供了一条不同的治疗手段。但在技术发展初期，每个地区、国家的通讯协议不一致，为实现标准化导致发展遇到了阻碍。为此，在2006年体域网领域内的统一规范——IEEE 802.15 SGBAN正是提出，无线体域网正式标准化，可以被广泛使用。
目前，人体体域网主要用于监测、记录人体健康状况，并对异常状态执行不同的动作。如：若糖尿病患者体内胰岛素下降，则立刻激活供给装置，为患者注射胰岛素。同时由于微电子技术的发展，可穿戴，可植入的监护设备已投入使用，在没有体域网时，血氧传感器、睡眠质量传感器以及心脏起搏器等只能单独使用。而通过体域网，可以有效协调各部位的传感器的工作，美国的医疗企业Medtronic研发的利用无线体域网技术的心脏起搏器和胰岛泵现已经投入使用。在未来，体域网还可广泛用于运动、娱乐、畜牧等。在运动时记录人体脉搏、血压、体温，以此帮助人不过度运动，也可以记录位置和时间信息，记录运动量。在娱乐时可以利用体感传感器进行体感游戏，也可配置耳机，麦克风等娱乐设备。或者为牲畜监视体征，判断是否有怀孕，生病等健康状态。
本课题主要是构建人体体域网，信号采集部分由STM32实现主要包含人体动脉脉搏、静脉脉搏、心电、呼吸等信号的采集，同时还增加了三轴加速度信号，在未来可以将它与脉搏信号进行差补算法，降低运动伪迹对脉搏信号的影响，提高运动状态下脉搏信号检测的准确性。然后通过ZigBee构建人体体域网，实现多路生理信号传输、存储、处理及显示，并对人体状态进行实时监测。
1.3本设计的研究内容
1.3.1研究内容
本设计目的为ZigBee构建人体体域网，通过人体体域网实现多路生理信号的同步采集与传输，并对采集的数据进行监测、存储与显示。采集信号采用各式传感器，每个传感器发出的电压信号各不相同，需要为其提供不同的调理方式，比如说不同的放大系数以及不同截止频率的滤波器。然后通过STM32进行数据的采集，由ZigBee发送射频信号。最后通过LabVIEW进行数据进行存储、显示与处理。
目录
1.绪论 1
1.1课题背景 1
1.2课题研究的基础、现状与趋势 1
1.3本设计的研究内容 2
1.3.1研究内容 2
1.3.2论文内容安排 2
2. 系统设计方案 3
2.1 系统总体框架 3
2.1.1 主从机工作流程 3
2.1.2 主从机设计思路 4
2.2 系统实现 4
2.2.1 充电和稳压电路 4
2.2.2 传感器及各预处理电路 6
2.2.3 单片机及通讯模块选型 14
2.2.4 LabVIEW人机交互界面 17
2.2.5 PCB原理图设计 18
2.2.6 系统实物 29
3.系统的软件设计 31
3.1 总体工作流程 31
3.2 从机流程 32
3.2.1 从机1工作流程 32
3.2.2 从机2工作流程 33
3.3 主机软件设计及流程 34
3.3.1 主机流程图 34
3.3.2 LabVIEW人机交互软件设计 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
35
3.3.3 LabVIEW程序框图软件设计 37
4.系统调试与结果分析 41
5.总结与展望 43
参考文献 44
致谢 46
附录一（PCB图） 47
附录二（主要程序） 51
1.绪论
1.1课题背景
由于今年我国人口老龄化的严重加剧，脑力劳动者数量的不断增加，心血管疾病的发病率正逐年显著上升。2010年我国的心血管疾病患者已经达到2.3亿人，心血管疾病已经成为中国人的最主要的危害，每年因心血管疾病而死亡的人数已超过300万人。与此同时，因为心血管疾病的高隐蔽性、突发性和致死性，大量无明显症状的猝死事件已近引起社会巨大反响。故研究在线监视与预警系统十分必要。
一方面，目前，国内外大量研究表明心血管疾病是可以防护和控制的，在早期心脑血管疾病中，一些异常信息已经可以通过生理信号（脉搏、心电、心音和呼吸等信号）检测出来，基于多生理信号有望实现心血管疾病的监护与预警。国内医疗资源有限，人口分布不均，东西部以及城乡之间医疗资源不平衡导致了目前“看病难，看病贵”的问题，远程家庭医疗是解决这个问题的重要途径之一。在家庭工作等无医生护士等专业人员监护的环境下，通过多生理信号监护系统对人体状态进行监测，辅助医护人员进行疾病的远程诊断和治疗，是实现远程医疗十分重要技术手段之一。
另一方面，限制疾病准确识别和预测的瓶颈之一是数据的缺失。同步采集人体多路生理信号，为疾病预测等科学研究提供数据支撑。由此需要一个能用于家庭健康监护，可实时采集和分析人体多路信号，供就医或者远程医疗研究作为诊断参考的设备。而近年来，随着物联网技术的不断发展，使得在线采集和处理这些信号成为可能。研制基于ZigBee的多生理信号同步采集和处理试验系统，同步获取人体多种生理信号，从中提取简单参数对人体状态进行监测。同时，积累生理信号数据，建立数据库。对实现远程医疗及疾病的智能识别十分重要的研究意义。
1.2课题研究的基础、现状与趋势
无线通讯的发展提供了更多样的多媒体设备之间的通讯并为人类提供了几乎覆盖全球的通讯网络，使得地球两端的人能非常方便的进行交流。正是无线通讯的飞速发展下，人体体域网的概念被提出来。这项技术主要作用于医疗领域，为患者提供了一条不同的治疗手段。但在技术发展初期，每个地区、国家的通讯协议不一致，为实现标准化导致发展遇到了阻碍。为此，在2006年体域网领域内的统一规范——IEEE 802.15 SGBAN正是提出，无线体域网正式标准化，可以被广泛使用。
目前，人体体域网主要用于监测、记录人体健康状况，并对异常状态执行不同的动作。如：若糖尿病患者体内胰岛素下降，则立刻激活供给装置，为患者注射胰岛素。同时由于微电子技术的发展，可穿戴，可植入的监护设备已投入使用，在没有体域网时，血氧传感器、睡眠质量传感器以及心脏起搏器等只能单独使用。而通过体域网，可以有效协调各部位的传感器的工作，美国的医疗企业Medtronic研发的利用无线体域网技术的心脏起搏器和胰岛泵现已经投入使用。在未来，体域网还可广泛用于运动、娱乐、畜牧等。在运动时记录人体脉搏、血压、体温，以此帮助人不过度运动，也可以记录位置和时间信息，记录运动量。在娱乐时可以利用体感传感器进行体感游戏，也可配置耳机，麦克风等娱乐设备。或者为牲畜监视体征，判断是否有怀孕，生病等健康状态。
本课题主要是构建人体体域网，信号采集部分由STM32实现主要包含人体动脉脉搏、静脉脉搏、心电、呼吸等信号的采集，同时还增加了三轴加速度信号，在未来可以将它与脉搏信号进行差补算法，降低运动伪迹对脉搏信号的影响，提高运动状态下脉搏信号检测的准确性。然后通过ZigBee构建人体体域网，实现多路生理信号传输、存储、处理及显示，并对人体状态进行实时监测。
1.3本设计的研究内容
1.3.1研究内容
本设计目的为ZigBee构建人体体域网，通过人体体域网实现多路生理信号的同步采集与传输，并对采集的数据进行监测、存储与显示。采集信号采用各式传感器，每个传感器发出的电压信号各不相同，需要为其提供不同的调理方式，比如说不同的放大系数以及不同截止频率的滤波器。然后通过STM32进行数据的采集，由ZigBee发送射频信号。最后通过LabVIEW进行数据进行存储、显示与处理。
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