CN201821382U - 基于ZigBee的病人定位及心电监护系统 - Google Patents

基于ZigBee的病人定位及心电监护系统 Download PDF

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郑建立
杜志传
张君玲
杜圆芝
刘颖慧
谢秀秀
刘大鹏
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Abstract

本实用新型涉及一种基于ZigBee的病人定位及心电监护系统，包括心电采集及发射模块，无线接收模块，上位机软件模块。心电采集及发射模块包括对心电信号的采集、滤波、放大、A/D转换及发射；无线接收模块包括协调器节点、数据接收节点和移动节点；上位机软件模块包括对病人当前位置的坐标显示、心电波形描绘和病人基本信息查询统计；协调器节点与数据接收节点、上位机由串口连接，上位机与服务器通过网口连接。本实用新型把ZigBee技术引入心电监护领域，可让心脏病人摆脱有线的羁绊，让医护人员既能够实时监护病人心电状态和基本信息，又能查看病人的当前位置。在一定程度上也减轻了医护人员的工作负担，同时为医生处理急救状况节省宝贵时间。

Description

基于ZigBee的病人定位及心电监护系统
技术领域
本实用新型涉及一种无线通信系统和监护系统，特别涉及一种用于病人定位和心电监护系统。
背景技术
目前，对心脏病人的心电监护一般采用有线的方式，病人需要静卧在病床上进行，这对于那些慢性或间歇性心脏病人来说是很不方便的。虽然医院也采用Holter等做移动心电监护的记录装备，但其缺点是不具备实时性，无法实时监护病人的心脏活动状态。并且常规心电图是由心电图机记录，检测仅历时几十秒，心电图仅记录6～100个心动周期，只能获取很少的心脏活动信息。正常人24小时的心搏数达10万次以上，因此在几十秒的检测时间内有效捕捉到心律失常的概率是非常低。对于阵发性心律失常，即使病人感觉到不适，往往常规心电图检查是很难捕获到的。
发明内容
本实用新型是要解决传统有线医疗监护系统的不足和无线监护信息存储困难和无法实时传输的技术问题，而提供一种基于ZigBee的无线传输技术实时监测病人位置和监护心电数据的系统，该系统性使得医护人员在病人处于监测范围内的任何时间和地点的情况下仍能获得病人的生理和病理等参数，并且在发现病人心电异常时监测到其处于的地理位置，以便采取最及时的救助措施。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于ZigBee的病人定位及心电监护系统，包括心电采集及发射模块，无线接收模块，上位机软件模块；其特点是：
心电采集及发射模块包括对心电信号的采集、滤波、放大、A/D转换及发射；
无线接收模块包括协调器节点、数据接收节点和移动节点；
上位机软件模块包括对病人当前位置的坐标显示、心电波形描绘和病人基本信息查询统计；
协调器节点与数据接收节点、上位机由串口连接，上位机与服务器通过网口连接。
协调器节点通过以太网完成数据接收节点和移动节点的地址分配；上位机为PC机，PC机输出与定位显示模块和波形显示模块连接。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型拥有节点体积小、架构简单、低速率、低功耗、网络容易可无限扩展等优点，把ZigBee技术引入心电监护领域，可让心脏病人摆脱有线的羁绊，让医护人员既能够实时监护病人心电状态和基本信息，又能查看病人的当前位置。这就给病人在一定范围内自由活动提供方便，既利于病人病情的稳定，在一定程度上也减轻了医护人员的工作负担，同时为医生处理急救状况造就了优势。
附图说明
图1是本实用新型心电采集及发射模块结构示意图；
图2是本实用新型无线接收模块结构示意图；
图3是本实用新型上位机软件模块结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
本实用新型基于ZigBee的病人定位及心电监护系统，包括三大模块：心电采集及发射模块、无线接收模块、上位机软件模块。结构示意图分别为图1、图2、图3。
如图1所示心电采集及发射模块结构示意框图，心电采集板主要完成把微弱的心电信号采集、放大以及滤波，然后送入无线发射板进行AD采样，采样后的心电数据先缓存起来，最后以一帧数据包无线发送给心电接收节点。移动节点的协议栈主要完成AD采样，以及两个LED灯的控制，用于显示移动节点当前的工作状态。首先，移动节点以200Hz采样率采样100个字节的心电数据，由于采样100个字节过程需要用的时间为500ms，因此在此期间移动节点发送一次定位请求，获得定位节点的二维坐标(X，Y)，定位耗时约为200ms左右。然后按照消息帧格式把移动节点地址、心电数据和定位坐标封装起来，最后发送给移动节点的父节点。
如图2所示无线接收模块结构示意图，协调器节点通过以太网完成数据接收节点和移动节点的地址分配，分配具有唯一性的16位短地址。移动节点完成心电信号的采集、处理以及传输，该节点对节点体积、便携性以及电池寿命都有很苛刻的设计要求，同时该节点是作为数据接收节点的子节点加入到ZigBee网络当中；数据接收节点一方面是配合移动节点做定位，定位原理是移动节点发出的定位请求数据帧，计算出接收信号强度值(RSSI)后，把RSSI值以及数据接收节点的坐标一同发给移动节点，由移动节点中CC2431内部的硬件定位引擎计算出自身的坐标值，因此要求数据接收节点的坐标是已知的，该节点是采用+5V DC直流稳压电源供电。另一方面，数据接收节点还要完成心电数据的接收和经串口转网口模块把心电数据和定位信息传输给上位机(PC机)。
如图3所示上位机软件模块机构示意图，主要实现获取病人当前位置的坐标信息、心电波形描绘显示和对病人基本信息的查询统计。
ZigBee具有很强的组网功能，它支持多种网络拓扑结构。星形结构是最为简单的拓朴结构，支持点对点、点对多点通信的通信方式，而且节点间的数据传输必须通过协调器进行中转。网状结构网络的功能最强大，在网络中的无线节点都可以相互通信，同时支持多跳的通信方式。簇树结构网络是构成复杂网络的基础，绝大多数的网络设备为全功能节点，精简功能节点只作为叶子节点添加到无线网络当中。该网络结构兼具星形网的简洁和低功耗以及网状网的长传输距离和强自愈性等优点。
综合考虑ZigBee支持的网络拓扑结构的优缺点，采用以太网和ZigBee相结合的网络结构作为本实用新型的方案。在Zigbee的星形拓朴结构上扩展有线网络部分，对于移动节点而言，通过以太网相连的协调器和所有数据接收节点逻辑上可以看作传统ZigBee星形拓朴结构中的协调器节点。这样，移动节点就不需要为其他节点提供数据的中继转发，从而能有效延长电池的续航时间。为了克服单一协调器的覆盖范围和带宽容量有限的缺点，本实用新型考虑把多个数据接收节点及协调器通过以太网组合起来逻辑上作为一个协调器来使用，这样就可以使网络的覆盖范围小、带宽不足和移动节点的功耗高等问题得到很好的解决。

Claims (3)

1.一种基于ZigBee的病人定位及心电监护系统，包括心电采集及发射模块，无线接收模块；其特征在于：所述心电采集及发射模块包括对心电信号的采集、滤波、放大、A/D转换及发射；所述无线接收模块包括协调器节点、数据接收节点和移动节点；所述协调器节点与数据接收节点、上位机由串口连接，上位机与服务器通过网口连接。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee的病人定位及心电监护系统，其特征在于：所述协调器节点通过以太网完成数据接收节点和移动节点的地址分配。
3.根据权利要求1所述的基于ZigBee的病人定位及心电监护系统，其特征在于：所述上位机为PC机，PC机输出与定位显示模块和波形显示模块连接。 
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102881115A (zh) * 2012-09-20 2013-01-16 上海理工大学 基于ZigBee的便携式人体跌倒检测和报警系统
CN102970727A (zh) * 2012-10-31 2013-03-13 哈尔滨工业大学 基于无线传感网的医护定位及告警方法
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CN113598934A (zh) * 2021-08-28 2021-11-05 河南省人民医院 一种心房颤动的定位标测系统

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