现在，医院中的监护体系大多选用固定的医疗监护设备，经过线缆将传感器收集的人体生理参数传输至监护中心，这样的体系往往体积大、本钱高，约束了患者和医护人员的举动，增加了患者的生理和心思担负，现已越来越不能满意当今实时、接连、长期地监测患者体征参数的医疗监护需求。
跟着微电子技能、传感器技能和通讯技能的飞速开展，新式的穿戴式医疗监护体系正越来越遭到人们的重视，本文就针对穿戴式医疗体系的开展现状，运用ZigBee技能，规划并完结了一种穿戴式医疗监护体系节点，该节点能够实时获取人体体温、脉息、身体姿势等信息并以无线的方法传送至和谐器，到达医疗监护的意图。
1 穿戴式医疗监护体系全体规划
ZigBee是根据IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。它是一种近间隔、低复杂度、低功耗、低本钱的无线网络技能，广泛运用于各种无线传感器网络的树立。图1为一个典型的根据ZigBee技能的医疗监护体系，其间由网络和谐器树立ZigBee网络，穿戴式传感器终端上电后主动参加该网络，若通讯间隔较远，能够选用多跳的方法参加网络。穿戴式传感器终端实时收集人体的重要生理信号，经过简略处理后发送给网络和谐器。网络和谐器将收到的信息转发给会聚节点，最终会聚节点将网络中所有的传感器信息汇总打包后发送给监护中心核算机，供医护人员检查、剖析。本文的重点是介绍该网络中的穿戴式传感器终端的规划。
2 穿戴式传感器终端节点的硬件规划
2.1 穿戴式传感器节点体系硬件总体规划
穿戴式传感器节点以网蜂公司的CC2530中心板为根底研发，硬件结构图如图2所示。体系选用TI公司的CC2530作为微控制器，该芯片集成了兼容ZigBee协议的射频模块以及一个增强型8051内核的单片机，能够运转TI的Z—Stack协议栈，为体系的软硬件规划供给了极大的便当。
考虑到丈量的便当性以及削减受试者的佩带担负，体系选用非触摸式人体红外温度丈量传感器MLX90615检测人体体温，运用反射式脉息传感器模块获取人体脉息数据。一起，体系运用ADXL354加速度计实时检测人体姿势，关于跌倒等意外状况及时发送报警信息。
穿戴式传感器节点还参加了低功耗Nokia 5110 LCD显现器、LED、按键，能够与受试者进行简略的交互，如显现时刻、提示服药、呼叫医护人员等。
2.2 电源规划
作为穿戴式设备，体系有必要运用电池供电。为了在确保满足续航时刻的前提下尽量减小佩带着的担负，体系选用能量密度较高的锂电池供电。一起，考虑到穿戴式传感器节点在电池电量耗尽时应赶快恢复作业，体系选用了便于替换的7号3.7 V/650 mAh锂离子电池。
因为体系选用的CC2530、MLX90615、ADXL345等芯片均需求3.3 V供电电压，3.7 V的锂电池无法直接为这些芯片供电，故选用高精度稳压芯片HT7533与10μF的钽电容组成牢靠的降压电路，取得安稳的3.3 V为体系供电。
2.3 传感器电路规划
体系选用非触摸式人体红外温度丈量传感器MLX90615检测人体体温，该传感器由Melexis规划出产，具有极高的丈量精度。该传感器为TO-39封装.其间集成了对红外活络的热电堆探测器芯片和信号处理ASSP(专用集成电路)芯片，能够经过根据I2C总线标准的SMBus接口直接输出温度数字量，然后极大简化了体系电路规划。该传感器外围电路规划如图3所示，VCC为芯片供给所需的3.3 V作业电压，一起为减小外界信号的搅扰，在电源和数字地之间参加0.1 μF去耦电容。I2C总线的数据线SDA和时钟线SCL别离经过10 kΩ电阻上拉至VCC，之后衔接于CC2530芯片的P0.1与P0.2引脚。因为CC2530不具有硬件I2C接口，故选用模仿通讯时序的方法读写MLX90615的RAM和EEPROM，然后得到人体体温数据。
本体系运用一个简略的反射式光电脉息传感器模块来检测受试者的脉息，该模块本钱较低、功用安稳，其电路原理图如图4所示。其根本原理是根据光电容积法检测因为心脏泵血引起的人体结尾毛细血管的体积改变，然后直接丈量出心脏的跳动状况。
该模块挑选了模仿输出的APDS-9008环境亮度传感器。该传感器在规划上紧贴人眼的光谱呼应曲线，关于波长500 nm左右的绿光特别灵敏，故本电路挑选了绿色LED作为反射光源。APDS-9008输出电流信号，经过一个12 kΩ的电阻进行I/V改换，得到的信号进入无源低通滤波网络，滤除高频搅扰后经过一个基准电压为VCC/2的反向份额扩大电路扩大后输出。CC2530经过内置的A/D转换器以100 Hz的采样频率获取该模块的输出电压，经过对信号的剖析核算，取得受试者的脉息。
体系选用ADXL345加速度传感器来实时检测人的姿势，关于跌倒等状况能及时报警。ADXL345三轴加速度传感器丈量规模达±16 g，具有3.9 mg/LSB的高分辨率，一起具有许多特别检测功用，如活动非活动检测、敲击检测、自由落体检测等，而这些功用能够映射到两个中止输出引脚中，然后为体系的低功耗规划供给了极大的便当。ADXL345与MLX 90615相同运用I2C总线通讯，其数据线SDA和时钟线SCL别离衔接于CC2530的P0.1和P0.0引脚上，因为其器材地址与MLX90615不同，CC2530在与他们通讯时并不会发生搅扰。
2.4 人机接口电路规划
穿戴式传感器节点能够经过LED指示灯、按键、Nokia5110 LCD与受试者进行简略的交互。其间，LED用来显现脉息的跳动，按键用来履行简略的设定，Nokia 5110 LCD用来显现受试者的脉息、体温等根本信息。两颗LED运用驱动才能较强的P1.0、P1.1引脚直接驱动，两枚按键经过10 kΩ上拉后衔接至P0.4、P0.5引脚，Nokia 5110 LCD运用SPI接口与CC2530衔接通讯。
3 穿戴式传感器终端节点的软件规划
穿戴式传感器终端节点运用TI公司的ZStack-CC2530-2.3.0-1.4.0协议栈开发，该协议栈在完结了ZigBee协议根本功用的根底上，供给了一个根据事情驱动的轮询式操作体系，称为OSAL(Operating System Abstraction Layer，操作体系笼统层)。OSAL为开发者供给了使命切换、内存办理等功用，在进步无线传感器网络安稳性的一起大大降低了开发难度。
ZigBee网络能够具有多种拓扑结构，如星型网络、树形网络、网装网络，根据具体的需求能够在Z—Stack中进行相应的装备。在这些网络拓扑结构中，无线传感器网络都是由和谐器树立的，穿戴式传感器终端节点在上电初始化后会主动扫描信道寻觅适宜的网络，发送入网信息，在得到承认信息参加网络后，当即进入休眠形式，等候守时器唤醒收集传感器信息。
具体说来，穿戴式传感器终端节点参加网络后，在协议栈中设定COLLECT_INF0时刻的为10 ms，守时10 ms的事情周期。因为体温改变缓慢，具有大惯性特性，所以每100个事情周期读取一次MLX90615的寄存器取得体温数据，并将体温显现于LCD上。脉息传感器安稳输出的幅值大于2 V，脉宽在120～190 ms的尖峰脉冲代表了脉息跳动，因而每个事情周期内都经过CC2530内置的A/D转换器对脉息传感器的输出进行采样。使用状态机原理，当接连监测到12个采样值大于2 V时，认定为一次脉息跳动。最终经过在一段时刻内的脉息计数算出受试者的脉息，并将具体数值显现在LCD上。最终，当传感器信息收集完结后，将数据打包，调用协议栈中供给的数据发送函数AF_DataRequest()将数据发送到父节点。具体作业流程详如图5所示。
穿戴式传感器终端还具有跌倒检测报警的功用，这主要是根据文献提出的跌倒检测算法进行完结的，经过加速度传感器顺次对人体跌倒时的3种要害特性(失重、碰击和停止)进行辨认，然后判别人体跌倒。装备ADXL345的自由落体检测中止与活动检测中止，并映射至中止输出引脚。体系检测到相应中止后进行判别，若判别为跌倒的状况，则当即向和谐器发送报警指令，完结跌倒检测报警。
4 体系测验与评论
根据本文的规划，制作了4个穿戴式传感器终端节点，如图6所示，其佩带作用如图7所示。为了模仿病房结构，将该体系其布置于学生宿舍，并装备为星型网络。经过一周的试验，该体系运转杰出，能够较准确地取得4位受试者的体温、脉息数据，能检测出大部分的跌倒状况，根本到达了规划要求。
可是经过试验，咱们也发现了本体系的许多缺乏，比方跌倒检测不行准确，存在误报的状况，体系的电力不是非常足够，只能接连作业一周的时刻，可是考虑到体系的本钱、工艺等要素，在当时的技能条件下现已取得了不错的作用。
5 结束语
本规划以ZigBee无线通讯技能和传感器技能为中心，以相对低的本钱完结了低生理、心思负荷下对人体体温、脉息、生理姿势的获取。若该穿戴式医疗监护体系节点能在医院、养老院等组织推行开来，能够进步患者、白叟的日子质量、削减医护人员的作业量，一起为医师的确诊供给愈加丰厚具体的数据根据，具有较好的运用远景。
