張朝福

（蘇州德品醫(yī)療科技股份有限公司，江蘇蘇州，215000）

1 Zigbee技術(shù)簡介

Zigbee是一種比較穩(wěn)定技術(shù)?？梢栽诮嚯x上實(shí)現(xiàn)雙向無線通訊技術(shù)，它復(fù)雜度低，功耗低，速度慢，成本低等特點(diǎn)。它應(yīng)用于短距離不同電子設(shè)備之間。Zigbee一般在2.4 GHz，868MHz以及915MHz3個(gè)頻段上使用。它們的傳輸速率分別是250kbit/s，20kbit/s以及40kbit/s。而且ZigBee是一種手拉手的多跳的通訊協(xié)議，所以它的傳輸距離可以一直增加。ZigBee的功耗十分的低。其通信延遲也很短，搜索設(shè)備的延遲為30毫秒，睡眠激活的延遲為15毫秒。有源器件的訪問延遲為15ms，所以ZigBee技術(shù)一般用于一些無線采集和控制地方。ZigBee有非常大的網(wǎng)絡(luò)通訊容量。ZigBee的可靠性和安全性也非常高，它采用了防撞策略，同時(shí)也為所需的固定帶寬服務(wù)留下了空白。ZigBee為了確保數(shù)據(jù)的正確性，所以它采用利用基于循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該設(shè)計(jì)主要由AD8232心電采集傳感器模塊，CC2530 ZigBee模塊和護(hù)士終端設(shè)備組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，每個(gè)病房都有一個(gè)心電圖采集端，心電圖采集端和ZigBee節(jié)點(diǎn)連接，在樓道里每隔一段距離有一些ZigBee節(jié)點(diǎn)。心電圖采集端把采集到的心電圖數(shù)據(jù)傳給CC2530 ZigBee節(jié)點(diǎn)，然后通過ZigBee其他節(jié)點(diǎn)多跳或直接把數(shù)據(jù)發(fā)送給ZigBee終端，ZigBee終端再使用串口把數(shù)據(jù)傳給護(hù)士終端。護(hù)士可以看到護(hù)士站每個(gè)病房的情況。

2.2 心電圖信號(hào)采集

心電信號(hào)很微弱但是可以從人體直接采集。在人的身體表面相對(duì)應(yīng)的位置粘貼電極片，然后通過導(dǎo)線收到心電信號(hào)。在醫(yī)學(xué)中常見的有十二個(gè)導(dǎo)聯(lián)和四肢導(dǎo)聯(lián)，本文采用的是肢體導(dǎo)聯(lián)，它需要三個(gè)電極，通過不同的位置測得三個(gè)不同的電勢差，導(dǎo)聯(lián)I是左右手臂之間的電勢差，導(dǎo)聯(lián)Ⅱ是由手臂和腿部之間測得的電勢差，導(dǎo)聯(lián)III是左臂和腿之間的潛在差異。并且通過公式（1）（2）（3）可以得到導(dǎo)聯(lián)之間的電勢差關(guān)系。

通過公式（1）可以得到導(dǎo)聯(lián)Ⅱ的電勢差。

通過公式（2）可以得到導(dǎo)聯(lián)III的電勢差

運(yùn)用以上導(dǎo)電聯(lián)之間的關(guān)系進(jìn)行算法運(yùn)算，在軟件程序中進(jìn)行實(shí)施，最終得到項(xiàng)目需要的結(jié)果。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 心電圖采集電路

2.3 心電圖采集電路設(shè)計(jì)

AD8232是一款用于ECG以生物電信號(hào)的模塊，它使用了雙極點(diǎn)高通濾波器，是為了用來消除運(yùn)動(dòng)偽影和電極半電池電位?？捎糜隍?qū)動(dòng)應(yīng)用，如右腿驅(qū)動(dòng)（RLD）。AD8232還擁有快速還原的功能，這樣可以可減少高通濾波器的使用時(shí)間。

通過兩跨導(dǎo)放大器，一個(gè)直流阻塞放大器以及一個(gè)由C1和運(yùn)算放大器組成的積分器組成一個(gè)儀表放大器。在跨導(dǎo)放大器GM2的輸入端可以出現(xiàn)相等大小的電壓時(shí)，就說明達(dá)反饋要求，從而能夠匹配GM1產(chǎn)生的電流。該電流由電容器C1積分，并且所得的結(jié)果會(huì)出現(xiàn)輸出端。

如圖2所示的電路為本方案的心電圖采集電路。AD8232具有三極接口，帶有高通濾波器，雙極點(diǎn)低通濾波器，截止頻率為37Hz。

2.4 ZigBee外圍電路設(shè)計(jì)

圖3 CC2530電路圖

心電圖的采集以及各個(gè)節(jié)點(diǎn)都采用基于CC2530的ZigBee模塊。CC2530芯片的內(nèi)核是51內(nèi)核。它還包含一個(gè)調(diào)試接口，用來內(nèi)電路的調(diào)試，使用這個(gè)調(diào)試接口，可以擦出FLASH，停止和執(zhí)行用戶程序，以及控制和使能振蕩器，還可以用來執(zhí)行8051的各種指令，設(shè)置斷點(diǎn)以，而且還可以用來代碼的單步調(diào)試。它還有五個(gè)計(jì)時(shí)器。定時(shí)器2是MAC定時(shí)器。還有一個(gè)睡眠定時(shí)器，用來低功耗使用的。CC2530還擁有2個(gè)12位的分辨率的ADC，支持30kHz或者4kHz的帶寬。模塊的電路圖如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文主要是對(duì)心電圖采集端流程圖和護(hù)士端流程圖進(jìn)行介紹。心電圖流程圖如圖4所示。

ZigBee模塊首先初始化時(shí)鐘，然后由于AD8232的位模擬輸出而初始化外設(shè)ADC。然后CC2530采集AD8232采集到的數(shù)據(jù)，最后通過其他節(jié)點(diǎn)多跳或者直接單跳發(fā)送到護(hù)士終端。

數(shù)據(jù)接收端采用的也是CC2530 ZigBee模塊，所以系統(tǒng)首先進(jìn)行時(shí)鐘初始化，然后就可以等待接收數(shù)據(jù)，接收到的數(shù)據(jù)后進(jìn)行繪制心電圖。 護(hù)士就可以根據(jù)心電圖對(duì)病人做出快速的反應(yīng)了。

圖4 心電圖流程圖

4 系統(tǒng)調(diào)試

如表1所示，表內(nèi)是模擬測試的10次測試結(jié)果，通過表中數(shù)據(jù)可以看出，病人的心率是否正常。表中第一個(gè)行為測試的序列號(hào)，第二個(gè)行為心率，單位是秒/分鐘，第三個(gè)行為狀態(tài)。 如表所示，第1，2，3，4，5，7，8，10測試次為人體平靜狀態(tài)下檢測的數(shù)劇， 都符合標(biāo)準(zhǔn)，第6，7，9測試次為人體剛運(yùn)動(dòng)后檢測得到的數(shù)據(jù)， 比正常的心率要高，并且狀態(tài)都為異常。

表1 心率測試結(jié)果

5 總結(jié)

本系統(tǒng)是將心電圖數(shù)據(jù)通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到護(hù)士站，使用本套系統(tǒng)，可以很大程度上降低成本。這樣不僅減少了護(hù)士的工作量，而且還可以最大程度上的保障了病人的生命安全，作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，ZigBee技術(shù)項(xiàng)目后期還將樓宇智能和家庭系統(tǒng)控制方面進(jìn)行應(yīng)用實(shí)施。