无线集散医疗监护系统的设计

无线集散医疗监护系统的设计

摘要：介绍一种能测量心电心电波、呼吸波、心率、呼吸率、体温、脉率、血氧血氧和血压等多种生理参数的无线集散医疗监护系统监护系统。通过三个独立的OEM模块分别和一个具有控制、显示和无线收发功能的模块连接，实现上述参数的测量以及和上位机的信息交互。该方案设计的系统具有体积小、便于携带、分散控制、集中管理、开发周期短、性能可靠、易于维护、便于升级等优点。关键词： OEM模块无线收发模块无线收发模块 UART协议中央监护系统

多参数监护仪是临床护理中的重要设备，该设备可以监测病人的心电、血压、血氧饱和度饱和度、呼吸率、脉率和体温等生理参数。目前，国内普遍使用带有CRT或LCD显示屏的便携式监护仪，该仪器能够进行实时的数据和波形显示，并且操作比较灵活，因此主要用于协助医生诊断和分析病人的病情。然而由于其体积较大、耗电量高（接220V交流电或内置电池），因此不便于病人随身携带，更无法同时对多个病人进行监护。本文设计的无线集散医疗监护系统可以弥补上述之不足。该系统由于采用三个独立的OEM模块进行生理参数测量，每个模块分别和一个具有无线收发功能的控制显示模块相连构成独立的装置，因此每个模块的耗电量大为减少，体积也相应减小。病人可以根据不同的需求选择不同的模块使用，每个模块上的LCD显示屏可以实时显示测量信号是否正常。所有这些模块都跟上位机进行无线信息交互，PC机可以给每个模块注册一个唯一的序列号，并可以访问每个模块的信息，对该信息进行存储、分析、显示、报警等，这样就非常方便地实现了许多模块的扩展，即实现对多个病人的实时监护。1 系统结构及工作原理该系统主要由硬件和软件两部分构成。硬件主要包括PC机和三种独立的模块，即心电模块、血氧模块和血压模块，这三种模块都是由OEM模块和控制显示传输模块组成。心电模块主要用来测量心电、呼吸率、体温等参数；血氧模块主要用来测量血氧饱和度和脉率等参数；血压模块用来测量血压参数。软件部分主要是上位机的中央监护软件，包括数据库部分和用户界面。图1是无线集散医疗监护系统的结构框图。

图1中，各OEM模块都和PC机通过无线传输模块进行串口通讯来交换信息。各OEM 模块采集的数据在PC机上进行处理后被存储。用户可以在中央监护软件界面上选择任意模块查看实时采集来的数据或波形，软件可对数据自动作出分析，发现异常及时发出报警信号。2 各模块功能与特点2.1 控制显示传输模块控制显示传输模块以Atmega161单片机为核心，外接WGM-12864图形LCD模块、按键和NRF903无线收发模块。其电路结构。

Atmega161是Atmel公司生产的一款低功耗CMOS RISC的8位单片机，其具有1MIPS/MHz的性能，16K字节的FLASH,512字节的EEPROM,1K字节的存储器，35个通用I/O 口，32个通用工作寄存器，三个定时器，内外中断源，两个可编程的UART、SPI口以及三种可以通过软件选择的节电模式。 WGM-12864B模块是单色图形点阵液晶显示模块，点阵数为64×128。其8位数据线与Atmega161的PA口相连，控制线和PC口的高6位相连，D/I表示数据总线上的信号是点阵数还是控制命令字，R/W表示当前操作是读或写操作，E是使能控制端，RST是复位端，CS1、CS2是左右点阵区选端。PC1、PC2、PB1、PB0为功能选择键，可以和LCD一起形成菜单方式的人机交互界面，控制相应的OEM模块。在工作模式下LCD 可以显示从OEM模块获取的相关数据信息。 NRF903模块是无线收发模块。NRF903是NORDIC公司推出的单片无线收/发一体芯片，它采用Bluetooth（蓝牙）核心技术设计，在一个32脚的芯片中包括了三段高频发射、高频接收、PLL合成、I/Q调制、I/Q解调、多频道

切换、异步通讯接口等，其编程接口CFG_CLK（配置寄存器时钟）、CFG_DATA(配置寄存器数据)、CS（配置寄存器片选）分别和Atmega161的SPI口PB7(SCK)、PB5(MOSI)、PB4(SS)相连，可对工作频率、通道、输出功率和输出时钟频率等参数进行编程设置。设置CS为高电平，来自单片机的14位控制字，在每个CFG_CLK编程模式时钟信号的上升沿，将CFG_DATA端上的逻辑值写入组态寄存器，编程信息被装入，参数设置完成。STBY、PWR_DWN分别和Atmega161的PD6、PD5相连，可以设置为待机或掉电模式。数据接口DATA和Atmega161的一个UART1口相连，用来接收和发送数据。TXEN脚和PD7相连，用来控制数据的收发。2.2 心电OEM 模块心电OEM模块采用北京迈创通元电子仪器有限公司的BT007七通道心电板。BT007能够自动测量人体的心电波、呼吸波、心率、呼吸率、体温等参数，具有如下特点：同步七通道心电波，四级程控增益，三级滤波方式（诊断方式、监护方式、手术方式），起博脉冲抑制功能，导联脱落报警，心率范围20～250BPM，抗除颤及电刀干扰，阻抗呼吸，呼吸率范围5～99BPM；采用双体温测量，测量范围为0～50°C,显示精度0.1°C,测量精度0.2°C。与用户的通讯接口为UART串口通讯方式，内部有两种通讯协议：同步三通道心电协议与同步七通道心电协议,可以通过跳线选择。同步三通道心电协议的特点为：19200波特率，8位数据，1个起始位,一个停止位，无奇偶校验位；同步七通道心电协议的特点为：28800波特率，8位数据，1个起始位，一个停止位，无奇偶校验位。可以通过MCU向该模块发送控制字，控制心电增益、滤波方式等；心电板向MCU传送的数据，以1个字节数据头加若干字节数据为一组，成组发送，其中数据头为251～254，数据字节为0～250。MCU可以对这些数据进行归类存储、分析、显示并实时传送给PC机。2.3 血氧OEM模块血氧OEM模块采用北京迈创通元电子仪器有限公司的DIGISAT脉搏血氧模块。该模块通过TTL电平的UART口与MCU进行通讯。它可以提供如下数据：动脉血氧饱和度、脉率、体积扫描图、棒图、信号强度和状态信息。它的通讯协议和BCI通讯协议兼容，数据传送波特率为4800bps，传送格式为：8位数据+奇偶校验位+1个停止位。每秒钟向MCU发送60个数据包，每个数据包为5个字节。2.4 血压OEM模块血压OEM模块采用北京迈创通元电子仪器有限公司的BTN602无创血压测量模块。该模块也通过TTL电平的UART口与MCU进行通讯。其接收外部命令后，完成相应操作，返回系统状态和相应数据。数据格式为：起始位+8位数据位+1位停止位，无奇偶校验位，波特率为4800bps。3 软件系统的设计——中央监护软件该软件采用VC 语言进行设计。在同医院以往管理系统结合的前提下，按照统一规范的原则，实现了新老系统的有机结合，充分保证了原有系统的独立可靠性，实现了软件结构的模块化和重构性。该系统首先需要管理员将入院病人信息手工录入到计算机系统，其中关键信息保存到中央数据库服务器中；然后对数据库中的关键数据进行排序、统计、分类。按照类别把数据复制到各个部门的监护中心数据库中，当启动监护需求时，开始对病人进行监护并记录。病人的监护数据报警级别可根据监护需要进行调节。查询时，可分别显示关键数据和图像，并可对查询的关键数据进行备注，对图像进行批注，还可批量打印输出关键数据和图像文件。其软件系统结构。

系统的安全控制主要从三方面来保证:数据库的安全性、图像文件的安全性、用户权限的安全性。建立在NT Server上的数据库服务器SQL Server使用户和数据库操作人员登陆时都需要身份验证。只有用数据库用户的帐号和密码登陆的用户才能管理和维护数据库，用户对不同的表有不同级别的权限。文件服务器采用端口控制访问，保证了文件服务器的安全性。系统软件通过无线收发模块，采用轮询的方式采集低端各模块数据，如果系统在查询病人信息时超时，则跳过本模块查询，进入其它模块的查询，软件会记录查询失败次数，当查询失败次数超过一定的阈值后，系统会发出报警信号。

一种基于无线传感器网络的远程医疗监护系统

文章编号:100220411(2006)022******* 一种基于无线传感器网络的远程医疗监护系统 赵　泽,崔　莉 (中国科学院计算技术研究所,北京　100080) 摘　要:介绍了一种基于无线传感器网络技术的嵌入式远程医疗监护系统.首先,提出了以各种无线通信生理指标传感器形成一种可扩展的无线传感器网络的系统结构.然后,介绍在该系统结构中采用的无线生理指标传感器节点以及监护基站设备的设计.在本系统中,节点和基站设备所使用的近距离通信标准为802.15.4/Zigbee标准,同时本系统中的基站设备可以采用多种接入方式进行远距离数据传输,包括直接联入 I nternet网络、使用GS M短消息通信方式或者通过mode m接入I nternet网络.该系统可以应用于家庭以及医院 病房,构成远程的家庭、社区以及医院的医疗监护系统.3 关键词:无线传感器网络;远程医疗监护;802.15.4/Zigbee 中图分类号:TP393 文献标识码:B A Rem ote Hea lth Care System Ba sed on W i reless Sen sor Networks Z HAO Ze,CU IL i (Institute of Co m puting Technology,Chinese Acade m y of Sciences,B eijing100080,China) Abstract:An e mbedded re mote health care syste m based on wireless sens or net w ork technol ogy is established. Firstly,a ne w syste m architecture is p r oposed which intr oduces a scalable wireless sens or net w ork with a variety of wireless physi ol ogical sens or nodes.Then the designs of severalwireless physi ol ogical sens or nodes and the care base2 stati on are p resented.W ireless communicati on bet w een the sens or nodes and the care base2stati on is realized with I EEE802.15.4/Zigbee standard,and the care base2stati on and the re mote central server are connected in one of the f oll owin g ways,including computing net w ork,GS M short messages and telephone modem.The syste m can be used at home or in hos p itals t o f or m a re mote health care syste m a mong home,community and hos p ital. Keywords:wireless sens or net w ork;re mote health care;802.15.4/Zigbee 1　简介(I n troducti on) 医疗监护仪器目前可以分为两类,一类是指在医院内由职业医生或专业技术人员使用的专门仪器,对病人进行生理指标的监护;另一类是在普通人员的家庭内或者户外,在医生的指导下,由病人本人或者家属使用远程医疗监护系统对病人进行监护,所得到的生理指标将及时传送给相关医生.目前,医院所使用的监护方法,大多使用固定的医疗监护仪,连接设备将传感器探头连接在病人与监护设备之间进行信号的传递.复杂的设备,众多的连线,会造成病人心理上的压力和紧张情绪,可能会影响病人身体状况,使得诊断所得到的数据与真实情况有一定差距,给病人和医护人员都带来不便,可能会影响对病情的正确诊断. 为了使经常需要测量生理指标的人员(比如慢性病人或者老年患者等)能够在家中在随意运动的状态下测量某些常规指标,目前国际上对远程医疗的关注越来越强[1～5].本文设计出一种新的网络式监护装置及系统,目的是利用高频率的无线多通道数据传输方式,传递医疗传感器与监护控制仪器之间的信息,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,在获得较准确的测量指标的同时,免除病人在家庭与医院之间奔波的劳苦.同时,在医院病房内建立无线监测网络,很多项测试可以在病床上完成,能够极大地方便病人就诊,并加强医院的现代化信息管理和工作效率.另外,远程监护系统还可以扩展,使远离医院等医护机构的病员也随时能够得到必要的医疗监 第35卷第2期2006年4月　信息与控制 I nfor mati on and Contr ol Vol.35,No.2　 　Ap r.,2006　 3收稿日期:2006-01-20

无线环境监测系统设计

唐山师范学院本科毕业论文 题目无线环境监测系统的设计 学生 22222 指导教师姜丽飞讲师 年级 2008级 专业电子信息科学与技术 系别物理系 唐山师范学院物理系 2012年5月

郑重声明 本人的毕业论文（设计）是在指导教师姜丽飞的指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。特此郑重声明。 毕业论文（设计）作者（签名）： 年月日

目录 标题 (1) 中文摘要 (1) 1 引言 (1) 2 系统硬件设计 (1) 2.1 设计目标 (1) 2.2 方案选择 (1) 2.3 系统结构 (2) 2.4 电路设计 (3) 3 系统软件设计 (6) 3.1 通信协议 (6) 3.2 系统软件 (7) 4 系统性能测试方法及测试结果 (7) 4.1 温度测量 (7) 4.2 光照测试...................................... (7) 4.3 主机与各从机通信距离及响应时间测试 (8) 5 结束语........................................... . (8) 参考文献................................. . (9) 致谢....................................... ...... .. (10) 附录.................................................................................................... (11) 外文页........................................... .. (12)

便携式移动心电监护系统由心电监护仪

心电图(ECG)是心脏疾病诊断的重要手段。常规心电图是病人在静卧情况下由医院的心电图仪记录的短时间心电活动，由于心脏病发作带有很大的偶然性和突发性，所以在非发作期做常规心电图检查获取疾病信息的几率很低。因此，将心电监护从病床边、医院内扩展到家中，实现实时远程监护具有重要的现实意义。 互联网尤其是无线网络的迅速普及促使嵌入式技术应用的条件日趋成熟，此外，心电监护对心脏病诊断的重要性也使得远程监护也具有现实的可能性。 本文主要研究并设计了一套实用的便携式移动心电监护系统。通过该系统可以随时随地将患者的心电信号通过GPRS网络无线发送到设在医院的PC机上，或者将心电数据先存储在本系统中，然后再通过USB实现高速回放。 系统的总体设计 本文所设计的便携式移动心电监护系统由心电监护仪、通信网络和监护中心三部分组成(如图1所示)。其工作过程如下： 心电监护仪由患者随身携带，通过粘贴式电极可随时采集用户的心电数据，并进行放大、滤波、A/D转换，然后存储到串行闪存中。当存储一定时间的心电数据后，可以通过GPRS 无线上网，利用无线网络将数据传送给位于监护中心的上位机。也可通过USB直接连接到上位机，进行本地高速回放。 本文将重点介绍心电监护仪的设计。由于是便携式设备，所以设计时必须考虑尽量降低功耗、体积和成本。经过反复地分析比较，最终决定采用Z-World公司的工业级控制芯片Rabbit30 00微处理器作为心电监护仪的主芯片。 尽管Rabbit3000是8位微处理器，但其内存空间可达1M，主频可达22M。它具有丰富的接口资源，共有40条并行I/O口线(与串行口共用)。此外，该器件的功耗非常低，处理器时钟可由32.768KHz振荡器驱动，并将主振荡器断电。此时电流约为100μA，而处理器仍能保持每秒10,000条指令的执行速度。 系统硬件设计 在进行总体硬件设计时，以Rabbit3000高性能微处理器为核心，利用外部接口扩展了512K 的并行Flash和512K的SRAM，存储空间达到1M，并扩展了USB接口。利用串行接口扩展了串行Flash、A/D转换和无线模块MC35。以下重点介绍无线模块和USB模块的硬件设计。 1. 无线模块MC35硬件设计 无线模块负责完成心电数据的无线传送。为实现此功能，本系统采用了西门子公司的MC35模块。这是西门子公司首款支持GPRS的GSM/GPRS模块，体积小巧，易于集成到便携式终端中。通过串行口连接，使用AT命令对该模块进行控制和数据传送。 西门子公司的MC35模块具有一个40脚的零插入力连接器，该连接器中提供了串行接口、音频接口、SIM接口、状态引脚、电源接口等接口，通过这些接口与SIM卡座、天线以及

远程医疗监护系统设计

目录 摘要................................................................................................................................. 错误！未定义书签。ABSTRACT............................................................................................................................. 错误！未定义书签。0引言.. (1) 1绪论 (1) 1.1 远程监护概述 (1) 1.2远程监护的研究背景和意义 (2) 1.2.1研究背景 (2) 1.2.2研究意义 (2) 1.3国内外相关研究 (2) 2医疗监测原理与系统设计思想 (3) 2.1医疗监测原理 (3) 2.2无线通信技术 (3) 2.3系统设计思想 (3) 3无线监护传感器节点的设计 (5) 3.1无线传感器节点结构框图 (5) 3.2无线监护传感器节点的硬件设计 (5) 3.2.1 MSP430系列单片机及其外围电路 (5) 3.2.2脉搏测量电路的设计 (7) 3.2.3通用模拟信号处理接口 (8) 3.2.4电源处理部分 (11) 3.2.5 Zigbee无线数据通信模块 (11) 3.2.6预留人机界面 (13) 3.3无线监护传感器节点的底层代码设计 (15) 3.3.1底层软件整体构架 (15) 3.3.2底层代码设计 (15) 3.3.3时钟系统的设置 (16) 3.3.4通用软件包的设计及应用 (17) 3.3.5模拟量、开关量测量的代码设计 (18) 3.3.6串口通讯程序设计 (18) 3.4无线传感器网络通信协议 (19) 3.4.1星型网络拓扑的实现 (20) 3.4.2自组织网状网络通信协议 (21) 4系统设计方案 (24) 4.1医院监护网络体系方案 (24) 4.2家庭监护网络体系方案 (24) 5总结和展望 (25) 5.1主要结论 (25) 5.2后续研究工作的展望 (25) 致谢 (26) 参考文献 (27) 附录..................................................................................................................................... 错误！未定义书签。 I

基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现

南京航空航天大学 硕士学位论文 基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现 姓名：耿长剑 申请学位级别：硕士 专业：电路与系统 指导教师：王成华 20090101

南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种集成了计算机技术、通信技术、传感器技术的新型智能监控网络，已成为当前无线通信领域研究的热点。 随着生活水平的提高，环境问题开始得到人们的重视。传统的环境监测系统由于传感器成本高，部署比较困难，并且维护成本高，因此很难应用。本文以环境温度和湿度监控为应用背景，实现了一种基于无线传感器网络的监测系统。 本系统将传感器节点部署在监测区域内，通过自组网的方式构成传感器网络，每个节点采集的数据经过多跳的方式路由到汇聚节点，汇聚节点将数据经过初步处理后存储到数据中心，远程用户可以通过网络访问采集的数据。基于CC2430无线单片机设计了无线传感器网络传感器节点，主要完成了温湿度传感器SHT10的软硬件设计和部分无线通讯程序的设计。以PXA270为处理器的汇聚节点，完成了嵌入式Linux系统的构建，将Linux2.6内核剪裁移植到平台上，并且实现了JFFS2根文件系统。为了方便调试和数据的传输，还开发了网络设备驱动程序。 测试表明，各个节点能够正确的采集温度和湿度信息，并且通信良好，信号稳定。本系统易于部署，降低了开发和维护成本，并且可以通过无线通信方式获取数据或进行远程控制，使用和维护方便。 关键词：无线传感器网络，环境监测，温湿度传感器，嵌入式Linux，设备驱动

Abstract Wireless Sensor Network, a new intelligent control and monitoring network combining sensor technology with computer and communication technology, has become a hot spot in the field of wireless communication. With the improvement of living standards, people pay more attention to environmental issues. Because of the high maintenance cost and complexity of dispose, traditional environmental monitoring system is restricted in several applications. In order to surveil the temperature and humidity of the environment, a new surveillance system based on WSN is implemented in this thesis. Sensor nodes are placed in the surveillance area casually and they construct ad hoc network automatieally. Sensor nodes send the collection data to the sink node via multi-hop routing, which is determined by a specific routing protocol. Then sink node reveives data and sends it to the remoted database server, remote users can access data through Internet. The wireless sensor network node is designed based on a wireless mcu CC2430, in which we mainly design the temperature and humidity sensors’ hardware and software as well as part of the wireless communications program. Sink node's processors is PXA270, in which we construct the sink node embedded Linux System. Port the Linux2.6 core to the platform, then implement the JFFS2 root file system. In order to facilitate debugging and data transmission, the thesis also develops the network device driver. Testing showed that each node can collect the right temperature and humidity information, and the communication is stable and good. The system is easy to deploy so the development and maintenance costs is reduced, it can be obtained data through wireless communication. It's easy to use and maintain. Key Words: Wireless Sensor Network, Environment Monitoring, Temperature and Humidity Sensor, Embedded Linux, Device Drivers

便携式移动心电监护系统由心电监护仪

心电图（ECG）是心脏疾病诊断的重要手段。常规心电图是病人在静卧情况下由医院的心电图 仪记录的短时间心电活动，由于心脏病发作带有很大的偶然性和突发性，所以在非发作期做常规心电图检查获取疾病信息的几率很低。因此，将心电监护从病床边、医院内扩展到家中，实现实时远程监护具有重要的现实意义。 互联网尤其是无线网络的迅速普及促使嵌入式技术应用的条件日趋成熟，此外，心电监护对心脏病诊断的重要性也使得远程监护也具有现实的可能性。 本文主要研究并设计了一套实用的便携式移动心电监护系统。通过该系统可以随时随地将患者的心电信号通过GPRS 网络无线发送到设在医院的PC机上，或者将心电数据先存储在本系统中，然后再通过USB 实现高速回放。 系统的总体设计 本文所设计的便携式移动心电监护系统由心电监护仪、通信网络和监护中心三部分组成（如图 1 所示）。其工作过程如下： 心电监护仪由患者随身携带，通过粘贴式电极可随时采集用户的心电数据，并进行放大、滤波、A/D 转换，然后存储到串行闪存中。当存储一定时间的心电数据后，可以通过GPRS 无线上网，利用无线网络将数据传送给位于监护中心的上位机。也可通过USB 直接连接到上位机，进行本地高速回放。 本文将重点介绍心电监护仪的设计。由于是便携式设备，所以设计时必须考虑尽量降低功耗、体积和成本。经过反复地分析比较，最终决定采用Z-World公司的工业级控制芯片Rabbit 3000微处理器作为心电监护仪的主芯片。 尽管Rabbit3000 是8位微处理器，但其内存空间可达1M，主频可达22M。它具有丰富的接口资源，共有40条并行I/O口线（与串行口共用）。此外，该器件的功耗非常低，处理器时钟可由32.768KHz 振荡器驱动，并将主振荡器断电。此时电流约为100μA，而处理器仍能保持每秒10,000 条指令的执行速度。 系统硬件设计 在进行总体硬件设计时，以Rabbit3000高性能微处理器为核心，利用外部接口扩展了512 K 的并行Flash 和512K 的SRAM ，存储空间达到1M，并扩展了USB 接口。利用串行接口扩展了串行Flash、A/D 转换和无线模块MC35。以下重点介绍无线模块和USB 模块的硬件设计。 1. 无线模块MC35硬件设计 无线模块负责完成心电数据的无线传送。为实现此功能，本系统采用了西门子公司的MC3 5 模块。这是西门子公司首款支持GPRS 的GSM/GPRS 模块，体积小巧，易于集成到便携式终端中。通过串行口连接，使用AT命令对该模块进行控制和数据传送。 西门子公司的MC35模块具有一个40脚的零插入力连接器，该连接器中提供了串行接口、音频接口、SIM 接口、状态引脚、电源接口等接口，通过这些接口与SIM 卡座、天线以及主控制器相连。MC35的串行接口TXD0 和RXD0 与Rabbit3000的串口B，即引脚TXB 和RXB （PC4 和PC5）相连，以实现与MC35 之间的通信。MC35 的IGT 引脚为其启动引脚，需要开漏极驱动器驱动。而Rabbit3000 的端口 E 具有很强的驱动能力，因此选用PE5 作为

无线环境监测模拟装置

无线环境监测模拟装置无线环境监测模拟装置 全国一等奖全国一等奖 电子科技大学电子科技大学 王康王康王康 胡航宇胡航宇 耿东晛耿东晛 摘要摘要 本作品以MSP430单片机为核心， 利用数字温度传感器以及光敏电阻采集温度和光照信息；通过ASK 调制和调谐式解调（Tone Decoder）进行数据通讯，并采用CSMA 方式解决了多个节点公用同一信道的问题；采用存储转发机制以及对被转发的数据包赋予生命周期的方法，实现了自动转发功能以及对新节点加入和离开的自动识别。探测节点全部采用通用器件，以60mW 左右的平均功耗实现了节点间0.7m 以及转发方式下1.4m 的通讯距离，在达到指标要求的前提下降低了功耗和成本。 关键词：ASK 调制，Tone Decoder， CSMA，存储转发； 一、 方案论证与比较 1.1调制方案选择调制方案选择：： 方案1：采用FSK 调制，优点是具有较强的抗干扰能力。缺点是解调部分的硬 件较为复杂。 方案2：采用ASK 调制，优点是调制和解调的电路都相对简单，缺点是抗干扰 能力较差。通过在干扰较小的频段选择合适的载频，并通过窄带滤波能够消除大部分干扰，所以本作品选择了ASK 调制方式。 1.2解调方案选择解调方案选择：： 方案1：对ASK 信号放大与窄带滤波后，进行包络检波，再通过门限判决的方 法解调。该方案的成本低，缺点是抗干扰能力很差，窄带滤波器容易偏频，难以调试。 方案2：对ASK 信号放大后，采用调谐式解调器（Tone-Decoder）进行解调， 解调器本身是个窄带锁相环，能够省去窄带滤波器，且本身抗干扰能力较强；本作品中采用该方案。 1.3多点通讯方案选择多点通讯方案选择：： 多个节点间共用了同一个通信信道，因此在主机以及多节点之间涉及到信道复用问题。我们对比了以下方案： 方案1：采用时间分隔机制的信道复用，如主-从式的轮询点名或令牌环网络。 考虑到数据转发功能的实现必然要有多台主机，主-从式网络只允许一台主机显然不合适，而令牌环网络在节点随机离开后也会出现令牌无法传递的问题。并且，当节点编号未知时，依次搜索255个节点耗时很长。 方案2：基于碰撞侦测机制的信道复用，如A LOH A 、CSMA 等方式。优点是网络 中每个节点都可以作为主机，随时可以主动发送数据到任何其他节点。缺点是数据包可能因随机碰撞而丢失，且通讯延迟不可预计。但题目中要求5秒较为宽裕，而被传输的信息都是缓变量，允许进行多次重发。其中CSMA 方式在发送前进行载波侦听，不会出现A LOH A 在信道拥挤时将信道完全阻塞的现象，所以选择了CSMA 方式进行信道复用。 系统整体框图如图1，每个节点都采用低功耗的MSP430单片机对环境参数

智能家居环境监测系统设计与实现

智能家居环境监测系统设计与实现 智能家居是指在智能化、自动化、信息化的基础上利用传感器网络等进行数据传输，实现家居电器的智能控制，随着4G网络的快速发展，智能家居的及时出现为人们享受生活提供了一个更好的选择。 一、智能家居环境监测系统总体设计 基于ZigBee无线通信技术构建的室内环境监测系统主要实现室内温度、氧气、一氧化碳、二氧化硫、湿度、甲烷和二氧化碳含量等家居环境的检测，其次是监测生活用水、用电和用气的安全性和用量，三是监测室内各种生活家电的状态等。系统设计中，基于ZigBee的传感器节点将室内环境信息发送到无线传感器网络的汇聚节点，通过ARM微处理器实现嵌入式编程，然手通过ARM微处理器和ZigBee汇聚节点实现有效的网络串行通信。通过该系统，采集室内环境信息、输入操作命令、输出操作结果、集中控制室内环境、远程控制家用电器、联动控制室内安防系统等功能。 二、智能家居环境监测系统详细设计 2.1室内环境信息采集功能 通过部署在室内的传感器节点，实现无线传感器网络的室内环境信息采集，以便能够将室内温度、湿度、氧气、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、甲烷及生活用水和生活电气等相关信息传递到系统中。信息采集和感知是室内环境系统最基本的功能，需要将传感器节点进行良好的部署和优化，以便在最小能量耗费下实现节点的全方位覆盖。 2.2 室内环境信息传输功能 传感器节点采集相关的网络信息后，通过4G网络传输到ZigBee汇聚节点，汇聚节点将多个传感器节点信息传输到室内监测系统的服务器，以便服务器进行处理。信息传输过程中，为了实现高效数据传输和分发，需要将数据进行压缩和存储，实现传感器网络的聚簇作用，同时为了降低传感器网络的通信开销、平衡节点间负载，需要对传感器网络节点和传输节点进行设计。 2.3 室内环境信息处理功能 数据传输到服务器后，环境监测装置负责处理采集到的数据信息，发现相关的信息超过用户设置的预警值，则传感器检测装置通过4G通信网络以短信或数据通信的方式通知用户，同时将收集的信息存储到服务器数据库中。逻辑业务处理将数据统计分析和预测结果发送到相关界面，以便用户查看和分析。 三、Zigbee无线传感网络系统硬件设计

智能环境监测系统的设计说明

智能环境监测系统的设计 Design on the intelligent system of monitoring environment

摘要 系统主要由数据采集端和移动监控终端两部分组成。采用16位单片机SPCE061A为处理核心，在数据采集端，利用两片CD4067BE分别挂接16只DHT11温湿度传感器和16只光照强度传感器；采用10位ADC实现对环境声音的实时录制，加入OV7670摄像头进行实时拍照监控，最后把所采集到的数据帧通过NRF905无线传输模块传送到移动监控终端。在移动监控终端，通过NRF905接收数据，将处理后的环境参数数据进行显示，接收到的语音压缩编码通过10位DAC进行解码播放，通过按键切换进入全屏环境参数显示模式或全屏监控照片显示模式，并将接受到的环境参数、声音、照片存储到SD卡中。本文以SPCE061A超低功耗单片机为核心，设计了通用智能终端和智能温湿度传感器，重点介绍了该终端和传感器的任务、硬件、软件以及控制算法的设计与实现。硬件方面，介绍了系统各个部分的设计思想、原理电路以及，并给出了系统总硬件原理图；另外，为了实现系统的低成本和低功耗，在满足设计要求的前提下，尽可能选用了价格低廉和低功耗的元器件。软件方面，采用了时间触发的混合调度器模式设计，对系统各个任务进行了设计，并给出了系统软件低功耗设计方法。 关键词：SPCE061A；多节点；无线传输；HMI Abstract The system is designed for two parts of data acquisition terminal and mobile monitoring terminal. Its processing core is SPCE061A which is a 16 bits mcu. In the data acquisition terminal, 16 DHT11 of single bus temperature, humidity sensor and 16 light intensity sensor are hung on two CD4067BE. The environmental sound is recorded to coding and compression with 10 bits ADC which is built in the mcu at any time. Add OV7670 which is a camera module to monitor at anytime. ALL collected data is transmitted to the mobile monitoring terminal through NRF905 of wireless transmission module. In the mobile monitoring terminal, the data is received through NRF905.The environmental parameter data is displayed after dealing with and the compression coding of speech is decoded to play with 10 bits DAC.We can switch to full-screen environment parameter display mode or full-screen picture display mode with the keys. At last, the environmental parameter, sound and photos are stored to the SD card.Based on the SPCE061A ultra low power microcontroller as the core, a general intelligent terminal and intelligent temperature and

无线发射接收系统设计与实现

无线发射接收系统设计与实现 摘要: 此系统采用了无线发射和接受实现双向的全双工无线通信。通过使用C51单片机实现对系统的数据采集、信号收发进行控制。用硅光片进行对阳光是否照射的采集，DS18B20进行温度信息采集。该系统是一个独立系统，能够在一定范围内进行数据采集并且将数据通过无线传输到数据接收模块。 关键词:无线传输；单片机；数据采集 1 引言 对于环境信息采集是很普遍的，但是将采集的信息如何传输就是关键，传统的系统都是用有线的方法，不仅要铺设线路，而且不方便，可移植性差。随着无线技术的不断发展，无线在各个领域中的应用也不断增加，通过嵌入式系统，用无线的方式实现数据的采集和传输是最好的解决方法，不仅简化了实施的难度，而且成本相对较低。 本文主要是以C51单片机为控制核心，用无线接收发射装置来实现环境数据采集系统。 2 系统目的 设计并制作一个无线环境监测模拟装置，实现对周边温度和光照信息的探测。该装置由1个监测终端和不多于255个探测节点组成(实际制作2个)。监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据功能，收发共用一个天线。 探测节点有编号预置功能，编码预置范围为00000001B～B。探测节点能够探测其环境温度和光照信息。温度测量范围为0℃～100℃，绝对误差小于2℃;光照信息仅要求测量光的有无。探测节点采用三节干电池串联，单电源供电。 监测终端用外接单电源供电。探测节点分布示意图如图1所示。监测终端可以分别与各探测节点直接通信，并能显示当前能够通信的探测节点编号及其探测到的环境温度和光照信息。 每个探测节点增加信息的转发功能，节点转发功能示意图如图2所示。即探测节点B的探测信息，能自动通过探测节点A转发，以增加监测终端与节点B之间的探测距离D+D1。该转发功能应自动识别完成，无需手动设置，且探测节点A、B可以互换位置。

环境监测信息系统总体设计方案

环境保护信息系统总体设计方案 环境监测信息系统 总体设计方案 - 1 -

目录 环境监测信息系统总体设计方案 -------------------------------------- 错误!未定义书签。 1 引言------------------------------------------------------------------------------------------------ - 5 - 1.1设计思想 -------------------------------------------------------------------------------------5- 1.2设计背景 -------------------------------------------------------------------------------------5- 1.3参考文献 -------------------------------------------------------------------------------------6- 2 系统概述 ----------------------------------------------------------------------------------------- - 6 - 2.1系统设计原则 -------------------------------------------------------------------------------6- 2.2系统目标与运行环境 ---------------------------------------------------------------------7- 2.3需求分析 -------------------------------------------------------------------------------------8- 3 系统总体设计---------------------------------------------------------------------------------- - 10 - 3.1 系统物理结构 ------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 3.1.1 系统流程图 -------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 3.1.2 技术要求 ---------------------------------------------------------------------------- - 13 - 3.1.3 系统体系结构---------------------------------------------------------------------- - 14 - 3.2子系统功能描述及实现---------------------------------------------------------------- -14- 3.2.1 系统总体结构---------------------------------------------------------------------- - 14 - 3.2.2 子系统结构 ------------------------------------------------------------------------- - 14 - 3.3各子系统功能模块的实现 ------------------------------------------------------------ -21- 3.3.1信息输入模块 ---------------------------------------------------------------------- - 21 - 3.3.2 信息修改模块---------------------------------------------------------------------- - 21 - 3.3.3 信息查询功能---------------------------------------------------------------------- - 21 - 3.3.4 信息分析功能---------------------------------------------------------------------- - 22 - 3.3.5 信息输出功能---------------------------------------------------------------------- - 22 - 3.3.6 其它功能 ---------------------------------------------------------------------------- - 22 - 3.4软件结构图 ----------------------------------------------------------------------------------- - 24 - 3.4.1应用软件的设计思想 -------------------------------------------------------------- - 24 - 3.4.2软件系统总体架构 ---------------------------------------------------------------- - 25 - 4 开发过程--------------------------------------------------------------------------------------- - 26 - 4.1系统开发环境----------------------------------------------------------------------------- -26- 4.2总体进度计划 ----------------------------------------------------------------------------- -26- 4.3经费预算 ----------------------------------------------------------------------------------- -27- 5 软件设计标准 -------------------------------------------------------------------------------- - 27 - 5.1 用户界面-------------------------------------------------------------------------------------- - 27 - 5.2 硬件接口-------------------------------------------------------------------------------------- - 28 -

移动健康监护系统的发展现状和未来

移动健康监护系统的发展现状和未来 1.前言 20 世纪 90 年代由微型生物传感设备、智能纺织品、微电子工程和无 线通信技术推动产生的移动健康监护系统，以其具有的数据通信、随时随地传输音视频信号、监测人体重要生命体征等功能，以及低廉的成本在一定程度上有效地解决了对于老年人和慢性病人的持续的随时随地的健康监护，受到了研究领域和行业的广泛关注。尤其在近几年，从简单的脉搏血氧计到复杂的移动心电图，从指压式测量仪到智能背心，从基于便携式设备到基于手机平台，从简单的体征测量到数据采集分析和决策支持，移动健康监护系统的研究正在飞速发展。本文旨在通过对移动健康监护系统的源起、基本原理、主要服务和产品进行研究，发现当前移动健康系统存在的问题以及未来的发展趋势，提升移动健康监护系统的性能，更好地满足用户的需求。 2.移动健康监护系统简介 人体基本生理信号（如心跳、呼吸、体温、脉搏等）的低负荷、长时间、连续动态监测技术是家庭和社区医疗中的一类关键技术，而移动健康监护系统就是使用移动计算和无线通信技术实时、连续、长时间的监测这类参数，并将获得的数据传送给医护人员，以供医护人员进行分析，使医护人员能获悉病人的当前状态并做出正确判断，从而对病人做出正确的处理。 移动健康监护系统是移动健康领域设备的一种，移动健康通常是指移动计算处理技术、无线通信和网络技术提供体检、保健、疾病评估、医疗、康复等服务。电子健康是医学信息学、公众卫生和商业交叉的新兴领域，关于通过网络健康服务、传送或加强信息的一系列相关技术。广义来说，电子健康不仅包括技术研发，同时还包括通过使用信息通信技术提升本地、区域或全球范围内的心理状态、思维方式、态度、网络协议、全球性思维等方面的健康关护。Joseph Tan指出移动健康的产生是由于信息通信技术自身由有线向无线的过渡和转换，由电子健康发展而来。从图 1 中，我们可以清楚地 看到，随着硬件由最初的小型计算机向手持设备、网络由传统的以太网向 4G 的发展，医疗领域也从最初的病人信息系统项目（即信息通信技术在医 疗领域的应用）到基于网络的电子健康管理、临床、财政、决策支持、专家系统和电子护理领域应用，再到移动病人的监护和管理。

无线环境监测模拟装置(D题)

无线环境监测模拟装置（D题） 【本科组】 一、任务 设计并制作一个无线环境监测模拟装置，实现对周边温度和光照信息的探测。该装置由1个监测终端和不多于255个探测节点组成（实际制作2个）。监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据功能，收发共用一个天线。 二、要求 1．基本要求 （1）制作2个探测节点。探测节点有编号预置功能，编码预置范围为00000001B～11111111B。探测节点能够探测其环境温度和光照信息。温度测量范围为0℃～100℃，绝对误差小于2℃；光照信息仅要求测量光的有无。探测节点采用两节1.5V干电池串联，单电源供电。 （2）制作1个监测终端，用外接单电源供电。探测节点分布示意图如图1所示。监测终端可以分别与各探测节点直接通信，并能显示当前能够通信的探测节点编号及其探测到的环境温度和光照信息。 （3）无线环境监测模拟装置的探测时延不大于5s，监测终端天线与探测节点天线的距离D不小于10cm。在0～10cm距离内，各探测节点与监测终端应能正常通信。 2．发挥部分 （1）每个探测节点增加信息的转发功能，节点转发功能示意图如图2所示。即探测节点B的探测信息，能自动通过探测节点A转发，以增加监测终端与节点B 之间的探测距离D+D1。该转发功能应自动识别完成，无需手动设置，且探测节点A、B可以互换位置。

（2）在监测终端电源供给功率≤1W，无线环境监测模拟装置探测时延不大于5s 的条件下，使探测距离D+D1达到50cm。 （3）尽量降低各探测节点的功耗，以延长干电池的供电时间。各探测节点应预留干电池供电电流的测试端子。 （4）其他。 2．发挥部分 （1）每个探测节点增加信息的转发功能，节点转发功能示意图如图2所示。即探测节点B的探测信息，能自动通过探测节点A转发，以增加监测终端与节点B 之间的探测距离D+D1。该转发功能应自动识别完成，无需手动设置，且探测节点A、B可以互换位置。 （2）在监测终端电源供给功率≤1W，无线环境监测模拟装置探测时延不大于5s 的条件下，使探测距离D+D1达到50cm。 （3）尽量降低各探测节点的功耗，以延长干电池的供电时间。各探测节点应预留干电池供电电流的测试端子。 （4）其他。 三、说明 1．监测终端和探测节点所用天线为圆形空芯线圈，用直径不大于1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕5圈制成。线圈直径为（3.4±0.3）cm（可用一号电池作骨架）。天线线圈间的介质为空气。无线传输载波频率低于30MHz，调制方式自定。监测终端和探测节点不得使用除规定天线外的其他耦合方式。无线收发电路需自制，不得采用无线收、发成品模块。光照有无的变化，采用遮挡光电传感器的方法实现。 2．发挥部分须在基本要求的探测时延和探测距离达到要求的前提下实现。3．测试各探测节点的功耗采用图2所示的节点分布图，保持距离D+D1=50cm，通过测量探测节点A干电池供电电流来估计功耗。电流测试电路见图3。图中电容C为滤波电容，电流表采用3位半数字万用表直流电流档，读正常工作时的最大显示值。如果D+D1达不到50cm，此项目不进行测试。