JN5121芯片在基于WPAN的無線醫療監護技術中應用

　　本文的主要首先介紹了基于WPAN的無線醫療監護技術，然后介紹了基于JN5121芯片的技術實現，以及試驗驗證。最后對無線醫療監護網絡的發展前景及其存在課題做了展望。

　　2 基于WPAN無線醫療監護技術

　　WPAN是為在小范圍內的設備間建立無線連接而開發的無線傳輸技術，IEEE標準化協會已為此制定了IEEE802.15.x標準.本文涉及的傳輸技術符合專門針對低速WPAN制定的IEEE802.15.4(Zigbee)標準。

　　本文提出的構架基于WPAN，即區別于無線遠程醫療。本文關注重點在于生理信號采集到生理信號中轉部分的無線方式。無線醫療監護方式主要由傳感器節點、無線數據傳輸模塊和接受節點構成。接受節點可接人監控中心，或者由以太網、無線廣域網等方式接入監控中心，以此構成了完整的醫療監護網絡。在此構架下，醫用傳感器節點可以按照具體情況配置，構成局域或者家庭的無線醫療監護網絡，這種構架具有很大靈活性和擴展性。在這個構架中，我們無線通信方式以Zigbee協議為基礎，采用JN5121模塊作為無線收發節點。圖l中描述了無線醫療監護的系統結構圖。

　　圖1 無線醫療監護的系統結構圖

　　3 基于JN5121芯片的傳感器節點設計

　　3.1 JN5121模塊介紹

　　JN5121是Jennic公司推出的一款與IEEE802.15.4兼容的低功耗、低成本的無線微控制器。該模塊內置32位的RISC處理器，配置有2.4GHz頻段的EEE802.15.4標準的無線收發器，64kB的ROM.96kB RAM，為無線傳感器網絡應用提供了多種多樣的解決方案，同事高度集成化的設計簡化了總的系統成本，JN5121內置的ROM存儲器中集成了點對點通信與網狀網通信的完整協議棧;而其內置的RAM存儲器，可以支持網絡路由和控制器功能而不需要外部擴展任何的存儲空間，內置的硬件MAC地址和高度安全的AES加密算法加速器，減小了系統的功耗和處理器負載。它還支持晶振休眠和系統節能工程。同時提供了對于大量的模擬和數字外設的互操作支持可以方便的連接到用戶的外部應用系統。

　　3.2 傳感器節點設計

　　無線生理傳感器有兩部分組成：生理信號采集部分和無線傳輸部分。生理信號采集我們可以采用我們所需要的各種生理電極對人體的心電、血養飽和濃度、脈搏等等進行冊測量。無線模塊我們采用集微處理器和RF芯片一體的S0C芯片JN5121， 芯片可以控制整個節點的處理操作、路由協議、同步定位、功耗管理和任務管理。采用該芯片相對于以往Zigbee射頻芯片而言，不用外加MCU，有效的節省了芯片外圍電路，采用片上芯片方案可以近一步節省幾點體積，便于受監護者攜帶。圖2是生理無線傳感器方案。

　　圖2 生理無線傳感器方案

　　4 基本程序設計站的設計

　　JN5121芯片的設計是基于Zigbee協議的，所以首先我們了解一下Zigbee的基本知識。Zigbee協議的物理層以及MAC層都是按照802.15.4的標準制定的，而其網絡層和應用層的標準都是Zigbee聯盟制定。基于Zigbee協議的實際應用開發，我們只需要調用相應的API函數或者在應用層開發程序代碼。本文簡單介紹幾個需要應用到的重要函數。

　　在Jennic Zigbee協議中一個基本的操作系統(BOS)。它是一個簡單的時問調度器。它允許兩個任務進程間通過一個簡單的信息調度機制進行通信。同事BOS控制Zigbee協議棧任務和用戶任務的執行。其中協議棧任務包括：網絡層、應用子層APS(ApplicaTIon Sub—Layer)和Zigbee設備對象ZDO(Zigbee Debice 0bjects)的所有進程。通過事件的輪詢應用實現進程的調度。整個流程如圖3所示。