專利名稱：基于ZigBee的病人定位及心電監護系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無線通信系統和監護系統，特別涉及一種用于病人定位和心 電監護系統。
背景技術：
目前，對心臟病人的心電監護一般采用有線的方式，病人需要靜臥在病床上進行， 這對于那些慢性或間歇性心臟病人來說是很不方便的。雖然醫院也采用Holter等做移動 心電監護的記錄裝備，但其缺點是不具備實時性，無法實時監護病人的心臟活動狀態。并且 常規心電圖是由心電圖機記錄，檢測僅歷時幾十秒，心電圖僅記錄6 100個心動周期，只 能獲取很少的心臟活動信息。正常人M小時的心搏數達10萬次以上，因此在幾十秒的檢 測時間內有效捕捉到心律失常的概率是非常低。對于陣發性心律失常，即使病人感覺到不 適，往往常規心電圖檢查是很難捕獲到的。
發明內容本實用新型是要解決傳統有線醫療監護系統的不足和無線監護信息存儲困難和 無法實時傳輸的技術問題，而提供一種基于ZigBee的無線傳輸技術實時監測病人位置和 監護心電數據的系統，該系統性使得醫護人員在病人處于監測范圍內的任何時間和地點的 情況下仍能獲得病人的生理和病理等參數，并且在發現病人心電異常時監測到其處于的地 理位置，以便采取最及時的救助措施。本實用新型的目的可以通過以下技術方案實現一種基于ZigBee的病人定位及 心電監護系統，包括心電采集及發射模塊，無線接收模塊，上位機軟件模塊；其特點是心電采集及發射模塊包括對心電信號的采集、濾波、放大、A/D轉換及發射；無線接收模塊包括協調器節點、數據接收節點和移動節點；上位機軟件模塊包括對病人當前位置的坐標顯示、心電波形描繪和病人基本信息 查詢統計；協調器節點與數據接收節點、上位機由串口連接，上位機與服務器通過網口連接。協調器節點通過以太網完成數據接收節點和移動節點的地址分配；上位機為PC 機，PC機輸出與定位顯示模塊和波形顯示模塊連接。本實用新型的有益效果在于本實用新型擁有節點體積小、架構簡單、低速率、低 功耗、網絡容易可無限擴展等優點，把ZigBee技術引入心電監護領域，可讓心臟病人擺脫 有線的羈絆，讓醫護人員既能夠實時監護病人心電狀態和基本信息，又能查看病人的當前 位置。這就給病人在一定范圍內自由活動提供方便，既利于病人病情的穩定，在一定程度上 也減輕了醫護人員的工作負擔，同時為醫生處理急救狀況造就了優勢。
圖1是本實用新型心電采集及發射模塊結構示意圖；[0012]圖2是本實用新型無線接收模塊結構示意圖；圖3是本實用新型上位機軟件模塊結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。本實用新型基于ZigBee的病人定位及心電監護系統，包括三大模塊心電采集及 發射模塊、無線接收模塊、上位機軟件模塊。結構示意圖分別為圖1、圖2、圖3。如圖1所示心電采集及發射模塊結構示意框圖，心電采集板主要完成把微弱的心 電信號采集、放大以及濾波，然后送入無線發射板進行AD采樣，采樣后的心電數據先緩存 起來，最后以一幀數據包無線發送給心電接收節點。移動節點的協議棧主要完成AD采樣， 以及兩個LED燈的控制，用于顯示移動節點當前的工作狀態。首先，移動節點以200Hz采樣 率采樣100個字節的心電數據，由于采樣100個字節過程需要用的時間為500ms，因此在此 期間移動節點發送一次定位請求，獲得定位節點的二維坐標(X，Y)，定位耗時約為200ms左 右。然后按照消息幀格式把移動節點地址、心電數據和定位坐標封裝起來，最后發送給移動 節點的父節點。如圖2所示無線接收模塊結構示意圖，協調器節點通過以太網完成數據接收節 點和移動節點的地址分配，分配具有唯一性的16位短地址。移動節點完成心電信號的采 集、處理以及傳輸，該節點對節點體積、便攜性以及電池壽命都有很苛刻的設計要求，同時 該節點是作為數據接收節點的子節點加入到ZigBee網絡當中；數據接收節點一方面是配 合移動節點做定位，定位原理是移動節點發出的定位請求數據幀，計算出接收信號強度值 (RSSI)后，把RSSI值以及數據接收節點的坐標一同發給移動節點，由移動節點中CCM31內 部的硬件定位引擎計算出自身的坐標值，因此要求數據接收節點的坐標是已知的，該節點 是采用+5V DC直流穩壓電源供電。另一方面，數據接收節點還要完成心電數據的接收和經 串口轉網口模塊把心電數據和定位信息傳輸給上位機(PC機)。如圖3所示上位機軟件模塊機構示意圖，主要實現獲取病人當前位置的坐標信 息、心電波形描繪顯示和對病人基本信息的查詢統計。ZigBee具有很強的組網功能，它支持多種網絡拓撲結構。星形結構是最為簡單的 拓樸結構，支持點對點、點對多點通信的通信方式，而且節點間的數據傳輸必須通過協調器 進行中轉。網狀結構網絡的功能最強大，在網絡中的無線節點都可以相互通信，同時支持多 跳的通信方式。簇樹結構網絡是構成復雜網絡的基礎，絕大多數的網絡設備為全功能節點， 精簡功能節點只作為葉子節點添加到無線網絡當中。該網絡結構兼具星形網的簡潔和低功 耗以及網狀網的長傳輸距離和強自愈性等優點。綜合考慮ZigBee支持的網絡拓撲結構的優缺點，采用以太網和ZigBee相結合的 網絡結構作為本實用新型的方案。在Zigbee的星形拓樸結構上擴展有線網絡部分，對于 移動節點而言，通過以太網相連的協調器和所有數據接收節點邏輯上可以看作傳統ZigBee 星形拓樸結構中的協調器節點。這樣，移動節點就不需要為其他節點提供數據的中繼轉發， 從而能有效延長電池的續航時間。為了克服單一協調器的覆蓋范圍和帶寬容量有限的缺 點，本實用新型考慮把多個數據接收節點及協調器通過以太網組合起來邏輯上作為一個協 調器來使用，這樣就可以使網絡的覆蓋范圍小、帶寬不足和移動節點的功耗高等問題得到很好的解決。
權利要求1.一種基于ZigBee的病人定位及心電監護系統，包括心電采集及發射模塊，無線接收 模塊；其特征在于所述心電采集及發射模塊包括對心電信號的采集、濾波、放大、A/D轉換 及發射；所述無線接收模塊包括協調器節點、數據接收節點和移動節點；所述協調器節點 與數據接收節點、上位機由串口連接，上位機與服務器通過網口連接。
2.根據權利要求1所述的基于ZigBee的病人定位及心電監護系統，其特征在于所述 協調器節點通過以太網完成數據接收節點和移動節點的地址分配。
3.根據權利要求1所述的基于ZigBee的病人定位及心電監護系統，其特征在于所述 上位機為PC機，PC機輸出與定位顯示模塊和波形顯示模塊連接。
專利摘要本實用新型涉及一種基于ZigBee的病人定位及心電監護系統，包括心電采集及發射模塊，無線接收模塊，上位機軟件模塊。心電采集及發射模塊包括對心電信號的采集、濾波、放大、A/D轉換及發射；無線接收模塊包括協調器節點、數據接收節點和移動節點；上位機軟件模塊包括對病人當前位置的坐標顯示、心電波形描繪和病人基本信息查詢統計；協調器節點與數據接收節點、上位機由串口連接，上位機與服務器通過網口連接。本實用新型把ZigBee技術引入心電監護領域，可讓心臟病人擺脫有線的羈絆，讓醫護人員既能夠實時監護病人心電狀態和基本信息，又能查看病人的當前位置。在一定程度上也減輕了醫護人員的工作負擔，同時為醫生處理急救狀況節省寶貴時間。
文檔編號H04L29/08GK201821382SQ20102023352
公開日2011年5月4日 申請日期2010年6月22日 優先權日2010年6月22日
發明者劉大鵬, 劉穎慧, 張君玲, 杜圓芝, 杜志傳, 謝秀秀, 鄭建立 申請人:上海理工大學