CN201227282Y

CN201227282Y - 基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块

Info

Publication number: CN201227282Y
Application number: CN 200820051241
Authority: CN
Inventors: 吴效明; 韩俊南; 林绍杰
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2009-04-29
Anticipated expiration: 2018-07-24

Abstract

本实用新型公开了一种基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块，包括便携式电源管理模块、心音信号传感器、生理信号采集与调理模块，心音信号传感器与生理信号采集与调理模块相连，其特征在于所述监护模块还包括与生理信号采集与调理模块相连的Zigbee数据无线收发模块。本实用新型采用Zigbee技术替代传统的有线连接，从而使人体处于自然状态，检测得到的信号能够更真实地反映其生理状况，本实用新型基于Zigbee技术，具有抗干扰能力强和多结点接入功能，使得本实用新型具有低成本、高可靠性的特点。

Description

基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块

技术领域

本实用新型属于电子医疗器械领域，特别涉及一种基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块。

背景技术

心音信号是人体最重要的声信号之一，含有关于心脏各个部分如心房、心室、大血管、心血管及各个瓣膜功能状态的大量病理信息，是临床评估心脏功能状态的最基本参数，是心脏及大血管机械运动状态的反映。当心血管疾病尚未发展到足以产生临床及病理改变以前，心音中出现的杂音和畸变就是重要的诊断信息。更值得一提的是，心音在心血管疾病中具有重要价值，是心血管疾病进行无创检测的重要方法，具有心电图、超声心电图不可取代的优势。医疗监护系统能够对人体生理和病理状态进行实时的检测和监视，当病人的生理机能参数超出设定数值时发出警报，提醒医护人员或家属进行抢救。然而，传统的医疗监护系统是建立在线缆连接基础上的，体积大，不便携带，要求在病人身边使用，限制了病人和医护人员的行动，增加了他们的负担和风险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，在于提供一种体积小、功耗低、便携性高、成本低的基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块，包括便携式电源管理模块、心音信号传感器、生理信号采集与调理模块，心音信号传感器与生理信号采集与调理模块相连，其特征在于所述监护模块还包括与生理信号采集与调理模块相连的Zigbee数据无线收发模块。

所述Zigbee无线数据收发模块由芯片CC2430及其外围电路组成，外围电路包括电源电路，晶振时钟电路，射频输入/输出匹配电路和射频天线。

为了获得更好的检测效果，本实用新型对所述心音信号传感器进行了优化设计，其包括引出线，引出线连接驻极体，驻极体一极连接空腔，另一极与孔道相通，孔道尽头包括螺纹口。

为了便于数据传输，为了使无线网络出现故障时能够不间断地监测，基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块还包括USB通讯模块和/或RS-232通讯模块。

所述USB通讯模块由PDIUSBD12芯片及其外围电路构成，所述RS-232通讯模块由MAX232芯片及其外围电路构成。

本实用新型基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块实现了医疗监护设备中的相关生理参数的实时检测和数据传输，提供了更准确的生命体征信息；用Zigbee技术实现生理数据传输的无线化。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和效果：

1、本实用新型采用Zigbee技术替代传统的有线连接，从而使人体处于自然状态，检测得到的信号能够更真实地反映其生理状况；

2、本实用新型采用驻极体心音传感器，有效的提高了传感器的灵敏度和精确度，相比以往的参数检测，可提供更加便捷的方法来检测生命体征信息；

3、本实用新型实现了对所检测的生理参数的实时传输，病人可以随身监护、近距离集中监护以及远程医疗监护，帮助医护人员对患者病情进行监测和防护；

4、本实用新型基于Zigbee技术，体系结果更先进，更利于功能扩展、二次开发和执行快速复杂的信号检测和分析处理；

5、Zigbee技术的成本低廉，基于Zigbee技术的通讯系统具有抗干扰能力强和多结点接入功能，使得本实用新型具有低成本、高可靠性的特点。

附图说明

图1为基于Zigbee的穿戴式的心音信号监护模块结构框图；

图2为Zigbee无线数据收发模块框图；

图3为心音传感器剖面图；如图所示1为螺纹，2为气孔，3为驻极体，4为空腔，5为引出线；

图4为心音传感器三维图；

图5为硬件电路原理图；

图6为基于Zigbee的穿戴式心音信号监护模块片上软件系统框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示的基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块，包括便携式电源管理模块，、心音信号传感器、生理信号采集与调理模块，Zigbee数据无线收发模块以及RS-232与USB通讯模块。所述RS-232与USB通讯模块预留数据与外界的传输功能。其中RS-232与USB模块采用MAX3232芯片与PDIUSBD12芯片；所述Zigbee无线数据收发模块由芯片CC2430和外围原件组成，外围元件包括电源电路，晶振时钟电路，射频输入/输出匹配电路和射频天线。所述心音信号传感器采用驻极体麦克风作为核心传感部件。所述生理信号采集与调理模块采用芯片LM324。

如图2所示，Zigbee数据无线收发模块芯片CC2430同时内嵌了一个高性能51内核的单片机处理单元、一个14位的A/D转换单元和一个RF单元，因此无线通讯模块同时实现了生理信号的A/D转换、数据缓冲、数据无线收发和数据接口控制的功能。

本实用新型按如下工作原理进行的：首先生理信号是由传感器来拾取的，例如PCG(心音图)传感器来检测反映心脏生理活动的心声音信号。以上信号送到生理信号检测和调理电路单元，针对信号的特点和要求进行放大、滤波等相关处理，并将信号调整到一定的幅度(此处位0～1.25V以内)；再经十四位的Zigbee A/D转换单元把模拟信号转换成数字信号；数据经过Zigbee CPU单元进行简单的预处理和缓冲，由Zigbee RF单元进行无线传输。

如图3、图4所示为以驻极体为核心的心音传感器结构图；如图所示1为螺纹，2为气孔，3为驻极体，4为空腔，5为引出线。

本实施例的硬件部分原理图如图5所示，Zigbee无线数据收发模块主要由CC2430，MAX3232芯片构成。CC2430芯片以及电感L1、L2、L3，晶振Y1、Y2，电容C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20、C21、C22、C23、C24，电阻R22、R23、R24及接插件P4构成输入/输出射频匹配电路；MAX3232芯片以及电容C1、C2、C3、C4、C5构成RS-232通讯电路；运放U1A以及电阻R3、R4、R5、R6，二极管D1，发光二极管LED1构成低压报警电路。

信号采集与调理模块通过基于听诊头和驻极体麦克风的心音传感器，实现了对心音信号的拾取，对高频、工频干扰信号进行滤波和抑制，对模拟量进行放大、量程调整和基线漂移抑制。由于人体信号十分微弱，在检测人体生理信号的同时存在强大的干扰，如工频50Hz和极化电压等干扰。因此，前极采用运放组成信号调理电路，提高由传感器输出的信号强度，后级电路采用廉价的普通运算放大器，对信号进行进一步放大。CC2430同时内嵌了一个高性能51内核的单片机处理单元、一个14位的A/D转换单元和一个RF单元，因此无线通讯模块同时实现了生理信号的A/D转换、数据缓冲、数据无线收发和通用接口控制的功能。RS-232和USB通讯模块通过MAX3232芯片和PDIUSBD12芯片，在CC2430内嵌单片机的控制下，实现了将通过无线方式所收集到的数据上传至上位机处理系统的功能。

如图6所示，基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块的片上软件部分由嵌入式操作系统和片上驱动程序构成。片上驱动程序负责RS232协议，USB协议，Zigbee协议的协议编程，实现对硬件电路底层硬件的相关操作。

嵌入式Zigbee通讯网络系统采用Mississippi State University开发的ZigBee^TM-subset/IEEE 802.15.4^TMMulti-platform Protocol Stack作为协议栈。此协议栈功能完善，结构简单，性能稳定，抗干扰能力强，开发周期短，可移植性强。

片上应用软件程序符合Zigbee通讯规范，同时实现系统对各种硬件资源的控制。

本实用新型基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块工作原理如下：

由PCG(心音图)信号传感器来检测反映心脏生理活动的心音信号。以上信号被送到生理信号检测和调理电路单元，针对信号的特点和要求进行放大、滤波等相关处理，并将信号调整到一定的幅度(此处位0～1.25V以内)；再经十四位的Zigbee A/D转换单元把模拟信号转换成数字信号；数据经过Zigbee CPU单元进行简单的预处理和缓冲，由Zigbee RF单元进行无线传输。

本实用新型基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块，用Zigbee无线通讯方式替代常规的有线电缆，能够同时采集并实时传输，内含嵌入式应用软件，实时检测人体心音信号。

Claims

1、一种基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块，包括便携式电源管理模块、心音信号传感器、生理信号采集与调理模块，心音信号传感器与生理信号采集与调理模块相连，其特征在于所述监护模块还包括与生理信号采集与调理模块相连的Zigbee数据无线收发模块。

2、根据权利要求1所述的基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块，其特征在于所述心音信号传感器包括引出线，引出线连接驻极体，驻极体一极连接空腔，另一极与孔道相通，孔道尽头包括螺纹口。

3、根据权利要求1或2所述的基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块，其特征在于所述Zigbee无线数据收发模块由芯片CC2430及其外围电路组成。

4、根据权利要求3所述的基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块，其特征在于所述芯片CC2430的外围电路包括电源电路，晶振时钟电路，射频输入/输出匹配电路和射频天线。

5、根据权利要求1或2所述的基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块，其特征在于还包括USB通讯模块。

6、根据权利要求5所述的基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块，其特征在于所述USB通讯模块由PDIUSBD12芯片及其外围电路构成。

7、根据权利要求5所述的基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块，其特征在于还包括RS-232通讯模块。

8、根据权利要求7所述的基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块，其特征在于所述RS-232通讯模块由MAX232芯片及其外围电路构成。