专利名称：健康监控用便携式无线传感器网络的利记博彩app
技术领域：
本发明属无线通信和医疗技术领域，具体涉及一种无线传感器网络，特别涉及带有传感器信号检测电路的无线通信网络。
背景技术：
随着社会总体生活水平的提高，人们愈加追求健康的生活状态，这些现象对医疗行业的监护和服务水平提出了更高的要求。而且，很多病症都是突发性的，只有在发病一刻采集到的身体状态信息才有助于医生对病症的诊断和进一步的治疗，所以，及时、有效的发现病症并得到救治已经成为现代社会人类的迫切需求。无线传感器器网络(Wireless SensorNetwork)的出现恰恰能够满足这种需求，它能够通过各类微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端。
目前，世界上针对健康信号的采集和传输技术已经展开了多项研究。有的集中在网络的覆盖方面，包括如何将个域网(WPAN)接入到广域网，增强网络的覆盖范围；有的集中在如何在便携式设备中集成信号的采集，如心电信号等。大多数便携式心电图装置，如手表或类似形状的装置，可以检测心跳等信息。虽然这些信息足够判断一个病人的心脏是否处于停止跳动状态，但是信息种类往往比较简单和单一。
各种通信方式的大规模应用促进了医疗监控设备向便携式发展，目前这些设备有一类采用电话线等方式传输数据，这种方式的缺点是需要有人接通电话，不能起到实时监测的目的，而且当病人独自处于危急状态时，可能根本没有能力完成电话的接通等操作。另外一类采用无线方式，如蓝牙技术、GSM技术等。蓝牙技术的缺点是只能在短距离内建立点对点的通信，大大限制了病人的活动范围；利用手机网络等技术的缺点是需要病人操作手机才能将数据传送到医院或诊断中心。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可用于实时医疗监控系统的可采集健康数据的便携式无线传感器网络。
本发明提出的可采集健康数据的无线传感器网络，可以同时采集温度和ECG信息，有效增加医生诊断时的依据；采用无线传感器网络技术，各个传感器节点(病人携带)可以组成多种拓扑结构的网络，通过多跳的方式将信息传到数据汇聚中心，在数据汇聚中心可以通过局域网或因特网将信息发布到有用的目标地点，从病人的移动范围和整个网络的覆盖范围上，都提供了良好的解决方案。另外，无线传感器网络可以做到低成本、低功耗，这不但使连续监控病人信息成为可能，还可以使普通病人也能享受高质量的医疗监控服务，免去Hotler等医疗设备的昂贵费用。
本发明是通过以下技术方案实现的一种便携式的可同时采集心电图(ECG)信号和温度信号的无线传感器网络，由无线收发节点、中心收发汇节点和计算机及机载软件。无线收发节点带有传感器信号采集，计算机带有网络连接，其中所述的无线收发节点和中心收发汇节点以无线的方式连接，其空中接口符合IEEE802.15.4协议规定。
所述的中心收发汇节点由微控制器和无线收发机组成，通过RS232和带有网络连接的计算机相连接，这些数据可根据需要通过局域网或因特网传送到相关地点，如诊断中心。
所述的带有传感器信号采集的无线收发节点和中心收发汇节点可以形成多种拓扑结构的网络，如以汇节点为中心的星形网络。
所述的带有传感器信号采集的无线收发节点，包括传感器单元、传感器信号采集和处理单元、信号的控制和传输单元。
所述的带有全感器信号采集的无线收发节点中，所述的传感器单元包括由负温度系数的热敏电阻构成的温度传感器和三线的心电图(ECG)传感器(3-lead ECG sensor)。ECG传感器的三个电极分别置于左臂(LA)、右臂(RA)和左腿(LL)。
所述的传感器信号采集和处理单元包括温度检测电路和针对ECG信号的滤波和放大电路。
这里温度检测电路采用普通电阻对负温度系数热敏电阻的补偿方式，由一个桥式电阻补偿网络和一个差分放大器组成，温度检测的输出为模拟信号。
所述的ECG信号的滤波和放大电路，包括高动态范围、高阻抗的预放大器、抑制基线漂移的高通滤波器、抑制带外噪声的低通滤波器、抑制公频干扰的带限滤波器和电平移位器。此电路可对采集到的任意两路信号进行差分，另一路作为参考，输出为模拟信号。
所述的带有全厂器信号采集的无线收发节点中，所述的信号的控制、传输单元包括一个8bit的微控制器和一个无线收发器。该微控制器内8路12bit模数转换器，软件采用ZigBee协议栈。无线收发机工作在2.4GHz，有效支持IEEE802.15.4协议。
带有网络连接的计算机和机载软件保证信号完整采集到计算机并通过网络传输到其他目标地点。
图1为健康监控用无线传感器网络系统示意图。
图2为可采集传感器信号的节点示意图。
图3为中心汇节点示意图。
图4为温度传感器接口电路。
图5为ECG信号检测电路的高通滤波器电路。
图6为ECG信号检测电路的系统架构。
图7为ECG信号检测电路中的预放大电路。
图8为ECG信号检测电路中的低通滤波器放大电路，用来抑制带外噪声。
图9为ECG信号检测电路中的带限滤波器电路，用来抑制公频50Hz干扰。
图10为ECG信号检测电路中的电平移位电路，为了适应模数转换器的参考电压范围。
图中标号1表示电极RA，2表示电极LA，3表示电极LL，4为温度传感器(可以是负温度系数热敏传感器)，5为无线收发节点(亦称传感器节点)，6为中心收发汇节点，7为温度传感器接口电路，8为ECG传感器接口电路，9为微控制器，10为模数转换器，11为射频发射机。
具体实施例方式
以下参照附图详细描述本发明的具体实施方式
。
整个监控系统的示意图如图1所示，其中1、2、3分别代表用来监测心电图信号的三个电极RA、LA和LL；4代表温度传感器；5为带有信号采集模块的传感器节点，6为中心收发汇节点。
传感器节点(如图2所示)由两种传感器、其分别对应的接口电路、带有多路模数转换器的微控制器和无线收发机组成。
中心收发汇节点(如图3所示)仅由带有多路模数转换器的微控制器和无线收发机组成。
传感器节点中的温度传感器接口电路(如图4所示)由桥式的电阻补偿网络和差分放大器组成。在桥式的补偿网络中，桥的其中一臂中的R1、R2和补偿电阻Rs均为普通电阻，阻值随温度呈线性变化；而负温度系数热敏电阻RT随温度呈指数变化。通过减小温度测量范围，此桥式网络可以达到很好的精度，差分放大器的增益由后级模数转换器的参考电压范围决定。
传感器节点中的ECG接口电路(如图6所示)由高输入阻抗、高动态范围的预放大电路、用来消除基线漂移的高通滤波器、消除带外噪声的低通滤波器、抑制公频50Hz干扰的带限滤波器和电平移位电路组成。
ECG接口电路中的预放大电路(如图7所示)包括主放大电路和左腿驱动电路，主放大电路一般采用AD620，其2、3脚用来实现两路心电信号的差分，1、8脚用来实现增益调节，接到LL电极的电路模块增强左腿的驱动能力。
ECG接口电路中的高通滤波器(如图5所示)，采用一阶有源高通滤波器，截止频率为0.03Hz。
ECG接口电路中的低通滤波器(如图8所示)，采用双二阶结构，截止频率为100Hz。
ECG接口电路中的带限滤波器(如图9所示)，采用双T网络，电路中的正反馈网络是为了提高滤波器的品质因数Q。
ECG接口电路中的电平移位电路主要是为了调整整个ECG接口的输出共模电平至模数转换器参考电平的中心。
具体工作方式如下当温度传感器置于人的腋下并且ECG电极分别置于接近心脏的左臂、右臂和左腿附近远离肌肉和骨头的位置之后，通过温度信号检测电路(图4)和ECG信号的滤波和放大信号处理单元(图6，图5，图7～图10)，温度信息将被量化为一定大小的电压信号，同时约为1mV的原始心电图信息经过良好的接口电路，被到放大到模数转换器的输入动态范围。随后，通过微控制器中内置的多路模数转换器，采集到的温度和心电图信号被分别量化为数字信号。这些信号在微控制器的控制下被送入收发机，进而通过天线发射。至此，完成了一次信号的采集、处理和传输过程。
中心收发汇节点在和传感器节点握手之后，从天线接收其发送的信息，并将其保存至MCU中的存储器中。然后，这些数据将通过RS232传送至带有网络的计算机，通过计算机机载软件的计算和转换，这些信号将被还原为温度和心电图信息，继而通过因特网传送至诊断中心或医生办公室等地方。
权利要求
1.一种健康监控用便携式无线传感器网络，其特征在于由的无线收发节点、中心收发汇节点、计算机及机载软件组成，无线收发节点带有传感信号采集模块，计算机带有网络连接，其中所述的无线收发节点和中心收发汇节点以无线的方式连接，形成多种拓扑结构的网络，其空中接口符合IEEE 802.15.4协议规定；所述的中心收发汇节点通过RS232和带有计算机相连接，数据根据需要通过局域网或因特网传送到相关地点；所述的无线收发节点包括传感器单元、传感器信号采集和处理单元、信号的控制和传输单元。
2.根据权利要求1所述的健康监控用便携式无线传感器网络，其特征在于所述的传感器单元包括由负温度系数的热敏电阻构成的温度传感器和三线的心电图传感器；所述的传感器信号采集和处理单元包括温度检测电路和针对ECG信号的滤波和放大电路；所述的信号的控制和传输单元包括一个8bit的微控制器和一个无线收发器。
3.根据权利要求2所述的健康监控用便携式无线传感器网络，其特征在于所述的温度传感器的信号检测电路采用普通电阻对热敏电阻补偿的方式，由一个桥式的电阻补偿网络和一个差分放大器组成，温度检测的输出为模拟信号。
4.根据权利要求2所述的健康监控用便携式无线传感器网络，其特征在于ECG信号的滤波和放大电路包括高动态范围、高阻抗的预放大器、抑制基线漂移的高通滤波器、抑制带外噪声的低通滤波器、抑制公频干扰的带限滤波器和电平移位器；此电路可对采集到的任意两路信号进行差分，输出为模拟信号。
全文摘要
本发明属于无线通信技术和医疗技术领域，具体公开了一种便携式健康温控用无线传感器网络。该网络由三部分组成带有传感器信号采集的无线收发节点、中心收发汇节点和带有网络连接的计算机及机载软件。无线收发节点包括温度传感器、ECG传感器及各自的接口、一个信号处理及控制单元和一个无线收发单元，温度信号和ECG信号在采集后均为模拟信号，经过线性化、放大和滤波等各自的接口处理之后，由信号处理单元中内置的模数转换器转换为数字信号，然后通过无线收发单元发送给汇节点。汇节点通过RS232将数据送给带有网络连接的计算机，进行处理之后，通过因特网将数据送到诊断中心。本发明成本低、功耗省，不但可以连续监控病员信息，还可以为健康人提供医疗监控服务。
文档编号H04L29/06GK101079773SQ20071004291
公开日2007年11月28日 申请日期2007年6月28日 优先权日2007年6月28日
发明者高佩君, 左炳然, 闵昊 申请人:复旦大学