基于ZigBee生命体征监测网络的设计分析

徐贝贝

摘 要：ZigBee技术作为一种双向无线通信技术，可实现信号之间的传输，其使用到生命体征监测网络的设计中，可以提升网络传输质量，提升设计质量。文章对ZigBee生命体征监测网络的设计进行分析，制定更加高效的网络，提升设计质量。

关键词：ZigBee；生命体征监测网络；设计

1 ZigBee生命体征监测网络组成部分

ZigBee技术作为一种无线连接的技术，可以实现不同频段的数据传输，范围可以达到10～75 m，因此在进行设计过程中可以采用ZigBee技术实现网络数据的传输。系统设计主要组成部分包括以下几方面[1-2]。

1.1 软件系统

实际网络设计，主要组成部分包括：（1）空间传感器。传感器的设置主要目的是收集数据，并且在传感器中植入芯片，通过ZigBee进行收集数据的传输，实现网络的自主性以及短距离的通信，形成整体的网络，更好地对数据进行分析以及整理。（2）路由器。生命网络监控系统需要数据之间的交换以及分析，因此需要采用路由器对网络信号进行设计，将数据与网络进行交换，保证整体网络可以实现大量数据情况下的合理运转，承受处理大量数据以及技术分析的功能，维持整体系统的正常运行。（3）终端设备。传感器收集的数据最终需要输入到相应的终端中进行分析以及处理，ZigBee网络作为连接技术将数据发送至调节器中，并将协调器试行的数据进行全面的分析，实现无线监控各项生命体征的目的。

1.2 硬件系统

系统设计中对于硬件设备同样也是需要设计的环节，主要包括：（1）转换以及捕捉模块。数据以及采集需要对患者的体温、脉搏以及呼吸频率进行数据获取，数据需要经过监控设备将信息进行限制，并且结合ZigBee无线网络对数据通过协调器进行从传输，硬件设备构成模块如图1所示，传感器包括血压、体温、脉搏以及呼吸传感器，并且设置A/D转换器，将传感器捕捉到的数据进行传输。（2）电池。电池是维持硬件系统运行的动力能源，在设计中采用9V锂电池维持设备硬件运行，并且对电池进行分压，SV电压主要维持LED显示运行，3.3 V电压则维持网络数据传输，这样可以提升设备运行的稳定性，提升设备的运行质量。（3）通信串口。通信串口的使用可以将不同的数据进行傳输，实现不同频段数据之间的转换，进而将数据传输到调节器中，完成整体系统运行。

2 ZigBee生命体征监测网络的结构设计

系统运行中不同的部分需要采用不同的结构，进而达到整体设计的要求，具体构成部分包括以下方面（见图2）。

2.1 体温模块

体温模块的硬件设计主要是采用热敏电阻进行温度传感，热电阻采用的是与温度呈现正比例关系的热敏元件，以0℃为初始温度，电阻为100 Ω，如果温度以1℃的频率递增，则电阻增加0.4Ω，这样可以对使用人员体温进行测试，并且电阻采用的是四线制电路的设计，可以保持电量的持续恒流，维持系统运行的稳定性，可以持续性地获得体温值。

2.2 脉搏模块

进行脉搏的设计则是采用常规的数指夹式传感器对脉搏进行测量，该设备是将传感器直接放置在光耦之间，并且借助二极管进行发光，接通三极管对光源进行接通，结合手指位置的微血容积与心脏跳动频率相互作用关系，通过光的强度将电压信号进行传输，监控患者脉搏。

2.3 呼吸模块

呼吸模块则是采用压电材料、滤波材料以及信号感应电路对人体呼吸情况进行感应，收集人体呼吸产生的腹部压力变化情况，并且对变化情况进行记录，转化为信号，形成一定的图像，将呼吸频率进行监控以及处理。

2.4 血压模块

血压监控主要采用传感器的方式，包括血压传感线路、滤波放大电路以及血压脉冲出发电路等，在进行血压监控的过程中主要是采用振波法，从使用者手臂肱骨位置的动脉压力进行监控，进而对收缩压以及舒张压进行监控，之后通过传感器将信号进行传输，对血压进行监控，采集必要的信号，将血压信号收集结束后，通过传感器对数据进行分析，获得具体的血压情况。

2.5 无线模块

无线传输设备也是系统运行的中药模块，无线频射芯片主要包括控制电路以及协调器等不同的模块，通过控制线路将信号进行输出，在输出结束后通过无线终端对数据进行分析，将协调器与电脑进行连接，收集的数据通过终端无线发送模块与单片机控制模块通过异步串行通信接口USARTO直接传送至电脑上，对收集到的各项数据信息进行分析以及整理，并且设置必要的报警系统，一旦各项生命指标超出正常的范围，则进行报警操作，进而实现无线监控功能，保证各项监控的顺利完成，将各项硬件系统完成。

3 ZigBee生命体征监测网络软件系统流程

ZigBee生命体征监测网络需要通过软件系统对不同的模块进行控制，该系统主要包括单机程序以及ZigBee无线模块设计两个主要的方面，软件系统运行流程如图3所示。

3.1 模块初始化

在使用开始之前对各项模块进行初始化处理，使各项功能之前的数据清零，这样可以保证各项数据在使用过程中的准确性，进而制定更加科学化的数据处理方法，对数据进行科学以及规范化的处理，使得数据在传输过程中的各项信号完整有效。在初始化过程中不同的模块处于准备工作状态，保证信号传输的完整性。

3.2 模块测试

在初始化之后需要对各个模块运行情况进行测试，脉搏信号以及呼吸信号的输入主要采用的是矩形脉冲的形式，一旦捕捉到相邻的信号，则信号就处于上升沿，并对信号差值进行计算，这样可以将使用人员的脉搏以及呼吸进行测试，并且对获得数据进行测试，计算平均滤波，并且对时间差进行计算，得到平均值，防止出现误差。对于血压的采集，则需要按照一定的频率进行，在进行测试过程中通过相应的单片机发送指令，感应器则需要进行信号的输出。ZigBee网络主要通过ZigBee2007协议进行实现，包括数据发送以及接收，异步通信串口的波特率设置为9 600 bit/s，这样可以更好地对数据进行传输。

3.3 信号发送

在进行数据收集结束后则需要对信号传输，因此通过初始化结束后可以启动整体设系统并发送各项网络命令，之后开始创建网络运行环境，在协调器命令开始后，建立网络，启动终端设备，终端自动的搜索网络，并且发送请求，在终端网络确认请求后，按照ZigBee协议的方式将网址进行发送，并且将数据发送至解调器，之后传输至移动终端，完成整个的系统运行过程。

4 结语

在社区、家庭等远离医院的环境下，经由无线传感器网络将数据传输至医疗中心或医生个人的电脑，由后台运行分析并可提出指导性建议，在遇到异常体征数据时，及时发出警告，并调动医疗资源进行有效救助，合理地节约了医疗资源。

[参考文献]

[1]刘忠杰.基于ZigBee的老人健康监护系统设计与实现[J]电脑知识与技术，2017（8）：223-225.

[2]唐晓艳，金涛，洪英豪.ZigBee生命体征监测系统设计[J].福州大学学报（自然科学版），2015（5）：642-647.