穿戴式軀感網系統的設計與實現
摘要:隨著現代社會老齡化人口比例增加,以及老年病、慢性病等疾病在醫療服務中占的比例上升,傳統的醫療監護服務由于監護設備的穿戴復雜性、攜帶不方便性,已經不能滿足現代社會的需求。為了解決老年人的醫療保健問題,我們設計穿戴式軀感網系統來對老年人的健康狀態進行連續實時監測,該系統通過生理數據采集模塊采集數據,然后通過通信模塊將數據傳輸到軀感網中心點,實時顯示ECG、SPO2、心率、呼吸率、脈率、體溫等一些信息,并對可能出現的異常情況采取報警處理。最后,通過大量的實際測試證明了該設計方案有效可行,具備可穿戴性、可靠性、安全性以及易擴展性。
本文引用地址:http://www.104case.com/article/263367.htm引言
當前,社會人口老齡化進程的加快以及與年齡相關的各類慢性疾病的迅速增加,使世界各國開始重視老年人的醫療,開始加強對威脅老年人健康的慢性病等疾病的監測與預防控制,因此,對老年人健康狀態的監護越來越受到關注。近年來,研究人員提出了一種新型的軀體傳感器網絡(body sensor network,BSN),BSN是一種重要的公眾應用網絡,并在遠程醫療保健老年人群監護和社區醫療等服務領域有著巨大的應用意義和需求。
軀感網系統[1-3]將健康監護儀從病床、醫院擴展到社區、家庭,是實施遠程監護系統的重要基礎,由于生理信號微弱、不穩定、易受外界環境干擾,而且穿戴式軀感網系統是在監護對象日常活動中采集生理參數數據,如何在環境復雜、移動頻繁的情況下,克服人體移動和外界環境對信號的干擾,更是軀感網系統在實現上的一個難題。
近些年來,軀感網平臺提出了很多,例如文獻[4]提出利用體溫傳感器、ECG和呼吸傳感器、血氧傳感器、wIFLy GSX無線通信模塊、LCD觸摸屏模塊來構建軀感網平臺,但該平臺采集的各種生理參數信息是通過LCD觸摸屏模塊顯示的,使得該系統不適合穿戴,其舒適性效果差。文獻[5]中的軀感網平臺中的心電模塊硬件電路設計復雜、功耗高,以及血氧模塊攜帶不方便。
總之,目前軀感網平臺,還很難做到舒適性、低功耗與高實時性的統一。本文提出了可穿戴軀感網系統,使其具有較好的可穿戴性、高實時性、低功耗。
1 系統總體框架
本系統充分考慮了傳統的監護設備攜帶的不方便性和移動無線監測的優勢,使用戶能夠隨時隨地的監測其生理參數。本系統具有以下特點:低成本、低功耗、高實時性、易攜帶、易穿戴。系統可監測多種重要的人體生理參數數據,如心電信號(ECG)、心率(HR)、血氧飽和度(SPO2)、脈率(PR)、呼吸率和體溫等。
本文所設計的穿戴式軀感網系統主要包括生理數據采集模塊、通信模塊以及中心處理模塊三個部分。系統整體架構圖如圖1所示。
1.1 生理數據采集模塊
在本系統中,根據人的生命活動特征,生理數據采集模塊[6]主要包括三導聯心電模塊、數字血氧模塊、體溫模塊,通過這三個模塊來采集人體的生理參數信息。
1.1.1 三導聯心電模塊
本系統中設計的三導聯心電模塊,主要實現對人體的三導聯心電信號和呼吸幅度信號的采集,并通過呼吸幅度信號計算出呼吸率,以及從某一導聯心電信號計算出心率。另外還提供直流導聯脫落檢測功能。通過通信模塊,實現數據無線傳輸到軀感網中心點。
心電模塊硬件電路設計中包括電源供給電路、串口接口電路、復位電路、ECG信號保護電路、右腿驅動電路、采集芯片接口電路以及主控芯片外圍電路,心電模塊系統結構如圖2所示。
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