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基于ZigBee技术的人体生理信息传输系统的设计与实现

作 者: 刘玉铭
导 师: 王洪瑞
学 校: 燕山大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: ZigBee技术 无线传感器网络(WSN) UZ2400 生理信息 C8051F340
分类号: TN929.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 103次
引 用: 1次
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内容摘要


目前,常见的人体生理信息采集系统大都基于病房监控,对所采集到的数据的无线传输的研究尚不成熟。但是,随着医疗监护技术的飞速发展以及信息社会对于全方位、高质量的通信要求,致使医疗监护与通信两个领域相互联系日益深入,也促进了医疗监护功能的不断完善和实用性的不断提高。因此,对生理信息数据进行稳定可靠并且安全的无线传输方式的研究是非常有必要的。ZigBee技术是低成本、低功耗、低速率的专为短距离无线通信设计的无线传感器网络技术,近年来发展十分迅速,正在越来越多地应用在军事、环境监测和预报、空间探索、健康护理、城市交通、大型工业园区和安全检测等领域,而基于ZigBee无线传感器网络技术的生理信息监测和传输技术也正日益受到关注。本文设计并实现了基于ZigBee技术的人体生理信息采集数据的无线传输系统。硬件以C8051F340作为MCU,外扩了RS-232通用串行接口和外部存储器等部分,设计了以基于ZigBee技术的射频芯片UZ2400为核心的无线传感器网络节点,并为系统设计了稳压电路。软件上实现了ZigBee通信协议,基于ZigBee完成了人体生理信息传输系统的设计和调试。本文使用血氧饱和度、心电和血压三种生理信息的采集模块对测试者进行实时的监测,然后对所采集到的数据进行无线传输。实验结果表明,基于ZigBee技术的无线传感器网络的通信系统能够对所采集生理数据进行准确、实时地传输。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-21
  1.1 本课题来源及背景  10
  1.2 无线传感器网络概述  10-18
    1.2.1 传感器网络简介  10-11
    1.2.2 无线传感器网络  11-12
    1.2.3 短距离无线数据网络技术  12-17
    1.2.4 WSN 研究现状  17
    1.2.5 WSN 面临的问题  17-18
  1.3 生理信息检测的意义  18-19
  1.4 无线通信技术在生理信息检测中的应用  19
  1.5 论文的主要研究内容及章节安排  19-21
第2章 IEEE802.15.4/Zigbee 技术  21-33
  2.1 引言  21
  2.2 ZigBee 协议标准  21-29
    2.2.1 物理层PHY  23-26
    2.2.2 介质接入控制子层MAC  26-29
  2.3 ZigBee 网络拓扑结构  29-30
  2.4 ZigBee 技术的优势  30
  2.5 ZigBee 技术的研究现状  30-31
  2.6 本章小结  31-33
第3章 系统硬件电路设计  33-51
  3.1 引言  33-34
  3.2 微处理器部分  34-40
    3.2.1 MCU 简介  34-36
    3.2.2 外设资源  36-37
    3.2.3 串行通信接口电路  37-38
    3.2.4 MCU 集成开发环境  38-40
  3.3 射频部分  40-43
    3.3.1 射频芯片  40-41
    3.3.2 功率放大器  41-43
  3.4 射频节点基板  43
  3.5 电源部分  43-44
  3.6 生理信息采集部分  44-50
    3.6.1 心电图(Electrocardiogram, ECG)  44-46
    3.6.2 血压(Blood Pressure, BP)  46-47
    3.6.3 血氧饱和度(oxyhemoglobin saturation,SP0_2)  47-50
  3.7 本章小结  50-51
第4章 系统软件设计  51-64
  4.1 引言  51
  4.2 SPI 通信  51-53
  4.3 射频芯片的初始化  53-56
    4.3.1 各缓存器初始值的设定  54
    4.3.2 网络传输频道的选择  54-55
    4.3.3 功率放大器(Power Amplifier, PA)的设定  55
    4.3.4 无线传感器网络中节点地址的设定  55-56
  4.4 数据封包的收发  56-59
    4.4.1 64 bits 长地址格式数据封包的发送  56-57
    4.4.2 64 bits 长地址格式数据封包的接收  57-59
  4.5 数据的加密  59-61
    4.5.1 加密数据包及其发送  59-60
    4.5.2 收到加密数据包后的处理  60-61
  4.6 射频芯片的休眠设定  61-63
    4.6.1 休眠的设定  61-62
    4.6.2 内部振荡器的校准  62-63
    4.6.3 休眠状态下UZ2400 的强制唤醒  63
  4.7 本章小结  63-64
第5章 系统测试  64-69
  5.1 引言  64
  5.2 射频信号品质检验  64-66
  5.3 无线传感器网络对数据的传输  66-68
  5.4 本章小结  68-69
结论  69-70
参考文献  70-74
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  74-75
致谢  75-76
作者简介  76

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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