本文介紹了基于無線個域網(wǎng)(WPAN)設(shè)計的脈搏血氧飽和度檢測儀。WPAN是為在小范圍內(nèi)的設(shè)備間建立無線連接而開發(fā)的無線傳輸技術(shù),IEEE標準化協(xié)會已為此制定了IEEE802.15.X標準。本文涉及的傳輸技術(shù)符合專門針對低速WPAN制定的IEEE802.15.4(ZigBee)標準。
1 系統(tǒng)的組成及功能
基于WPAN的脈搏血氧飽和度檢測儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
檢測儀移動采集終端的功能:檢測人體的血氧飽和度、脈搏和脈搏強度,并通過WPAN通信模塊將數(shù)據(jù)傳送給檢測系統(tǒng)主站。檢測儀移動采集終端分為檢測探頭、血氧飽和度監(jiān)測模塊、電源和WPAN通信模塊等部分。檢 測探頭和血氧飽和度檢測模塊為外購的OEM模塊,是美國BCI公司的產(chǎn)品,它利用光電法和比爾定理,從而實現(xiàn)無創(chuàng)檢測。檢測儀移動采集終端還支持一種獨立工作方式,這種工作方式適合于連續(xù)非實時工作的情況。
檢測儀主站的功能:通過WPAN接口接收并存儲檢測儀移動采集終端發(fā)出的信息;按操作者的指令在顯示屏上顯示移動終端傳來的實時信息或歷史數(shù)據(jù);當檢測參數(shù)超出門限值時發(fā)出報警信號;可根據(jù)需要通過快速以太網(wǎng)接口與后臺的支持管理系統(tǒng)通信,以完成更復雜的管理功能。一個檢測儀主站可連接多個檢測儀移動采集終端,不僅增加了使用的方便性,而且提高了主站的利用率并降低了系統(tǒng)的使用成本。除檢測探頭和血氧飽和度檢測模塊外,系統(tǒng)其余部分全部為自行設(shè)計,下面分別予以介紹。
2檢測儀移動采集終端的設(shè)計與實現(xiàn)
檢測儀移動采集終端WPAN通信模塊的功能:經(jīng)WPAN通信模塊接收檢測儀主站的命令,對命令解析后通過RS2232接口向血氧飽和度檢測模塊發(fā)出控制命令;接收血氧飽和度監(jiān)測模塊的采集數(shù)據(jù)和反饋控制信息,經(jīng)預處理和打包后經(jīng)WPAN通信模塊發(fā)送給檢測儀主站。
2.1 檢測儀移動采集終端通信模塊硬件設(shè)計
檢測儀移動采集終端WPAN通信模塊的硬件組成如圖2所示。
(1)MCU部分功能和實現(xiàn)
MCU部分是WPAN通信模塊的核心,完成通信模塊各組成部分的控制、協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)的加工。具體功能:通過RS232接口與血氧飽和度檢測模塊通信,實現(xiàn)對它的控制和配置,并接收檢測數(shù)據(jù);通過SPI接口和狀態(tài)指示接口實現(xiàn)對RF收發(fā)器的配置和檢測,并完成發(fā)射和接收的數(shù)據(jù)交換;通過USART接口與數(shù)據(jù)存儲器連接,完成數(shù)據(jù)存儲器的讀寫操作;通過電源檢測和狀態(tài)指示部分,監(jiān)測電源電壓情況,并能通過狀態(tài)指示產(chǎn)生報警提示。
(2)RF收發(fā)器的功能和實現(xiàn)
RF收發(fā)器的功能是實現(xiàn)要傳輸數(shù)據(jù)的無線收發(fā)。具體功能包括:通過SPI接口完成與MCU部分的數(shù)據(jù)交換,數(shù)據(jù)內(nèi)容包括要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和來自MCU部分的控制和配置信息;根據(jù)來自MCU的控制和配置信息調(diào)整相關(guān)的RF參數(shù);通過狀態(tài)和指示接口將傳輸狀態(tài)反饋給MCU;通過天線完成數(shù)據(jù)的無線發(fā)送和接收;完成WPAN的物理層功能,實現(xiàn)物理層的協(xié)議處理。該部分采用Chipcon公司CC2420實現(xiàn)。
(3)數(shù)據(jù)存儲器的功能和實現(xiàn)
數(shù)據(jù)存儲器的功能是緩沖血氧飽和度檢測模塊的采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的緩沖主要應用在無線連接不可靠的情況。數(shù)據(jù)存儲器在無線連接不通暢、無法完成采集數(shù)據(jù)的及時傳送時緩沖積聚的數(shù)據(jù),以便在數(shù)據(jù)通路恢復時傳送這些數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)存儲器的另一個功能是在移動采集終端離線使用時存儲采集數(shù)據(jù),這適合對監(jiān)測對象的長期非實時的狀態(tài)跟蹤。
數(shù)據(jù)存儲器采用ATMEL公司的新型FLASH芯片AT45DB041實現(xiàn)。當移動采集終端工作在離線狀態(tài)時,采集數(shù)據(jù)存儲在該存儲器中,數(shù)據(jù)存儲可持續(xù)時間大于48h,如采用壓縮技術(shù)存儲數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)存儲持續(xù)時間大于168h。
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