人體內(nèi)置傳感器生理參數(shù)采集技術
2015-7-6 11:05:12??????點擊：
生理參數(shù)采集是指對人在特定環(huán)境下靜止或活動時的某些生理參數(shù)進行測量、處理和傳送。該技術應用領域廣泛，如醫(yī)療、保健、體育、軍事和服裝舒適性評價等。生理參數(shù)采集的實現(xiàn)方法是將傳感器置于人體相應部位，以有線或無線方式將傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳送到終端進行處理。
在使用中有線傳輸?shù)姆绞接袝r會受到限制，所以有必要研究采用無線方式傳輸數(shù)據(jù)的方法。如在服裝舒適性評價應用中，主要方法有：在真實環(huán)境下對人體表溫濕度的測量；在模擬環(huán)境(人工氣候室)下對真人或假人體表溫濕度的測量，根據(jù)測量值給出主客觀評價。在進行真實環(huán)境下人體穿著動態(tài)實驗時，無線數(shù)據(jù)采集傳輸方式會帶來很大方便。無線傳感器網(wǎng)絡技術發(fā)展迅速，將這一技術應用于人體生理參數(shù)采集在國內(nèi)已有相關應用，如提出基于Zigbee技術的無線傳感器網(wǎng)絡在遠程家庭監(jiān)護中的應用，提出了無線傳感器技術在醫(yī)療監(jiān)護中的應用。本文將結合具體應用，從無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點軟硬件平臺選擇、網(wǎng)絡體系結構、MAC層協(xié)議、節(jié)點低功耗設計等方面分析和設計人體參數(shù)采集。
網(wǎng)絡體系結構及協(xié)議
網(wǎng)絡拓撲結構主要描述網(wǎng)絡節(jié)點的連接模式。人體生理參數(shù)采集范圍小，傳感器節(jié)點集中，各節(jié)點間一般不需要通信。根據(jù)這些特點，可以使用星型網(wǎng)絡拓撲結構。在星型拓撲結構中，每個分支節(jié)點以點到點的方式連接到中心節(jié)點上，當在中心節(jié)點與分支節(jié)點間大量通信時，采用星型拓撲結構是最有效的。其優(yōu)點在于能夠將資源集中、網(wǎng)絡易于管理、覆蓋范圍集中、路由算法相對簡單，有問題的節(jié)點很容易在不影響其他節(jié)點性能的情況下被中心節(jié)點隔離掉。
在無線傳感器網(wǎng)絡中，MAC(Medium Access Control)協(xié)議決定無線信道的使用方式，在傳感器節(jié)點之間分配有限的無線通信資源，對傳感器網(wǎng)絡的性能有較大影響，是保證無線傳感器網(wǎng)絡低功耗工作的關鍵網(wǎng)絡協(xié)議之一。人體生理參數(shù)采集應用中，傳感器節(jié)點周期性采集數(shù)據(jù)，供電常采用小型紐扣電池，而中心節(jié)點一般供電充足，所以采用CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)控制協(xié)議。中心節(jié)點不關閉射頻模塊，持續(xù)接收。傳感器節(jié)點定時采樣、發(fā)送數(shù)據(jù)，在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時打開射頻模塊，首先對信道進行偵聽，若信道被占用，則退避一段隨機時間后再繼續(xù)偵聽，若此時信道沒有被占用，則發(fā)送數(shù)據(jù)，得到確認后關閉射頻模塊，MCU進入睡眠模式，等待下一次定時觸發(fā)。
在使用中有線傳輸?shù)姆绞接袝r會受到限制，所以有必要研究采用無線方式傳輸數(shù)據(jù)的方法。如在服裝舒適性評價應用中，主要方法有：在真實環(huán)境下對人體表溫濕度的測量；在模擬環(huán)境(人工氣候室)下對真人或假人體表溫濕度的測量，根據(jù)測量值給出主客觀評價。在進行真實環(huán)境下人體穿著動態(tài)實驗時，無線數(shù)據(jù)采集傳輸方式會帶來很大方便。無線傳感器網(wǎng)絡技術發(fā)展迅速，將這一技術應用于人體生理參數(shù)采集在國內(nèi)已有相關應用，如提出基于Zigbee技術的無線傳感器網(wǎng)絡在遠程家庭監(jiān)護中的應用，提出了無線傳感器技術在醫(yī)療監(jiān)護中的應用。本文將結合具體應用，從無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點軟硬件平臺選擇、網(wǎng)絡體系結構、MAC層協(xié)議、節(jié)點低功耗設計等方面分析和設計人體參數(shù)采集。
網(wǎng)絡體系結構及協(xié)議
網(wǎng)絡拓撲結構主要描述網(wǎng)絡節(jié)點的連接模式。人體生理參數(shù)采集范圍小，傳感器節(jié)點集中，各節(jié)點間一般不需要通信。根據(jù)這些特點，可以使用星型網(wǎng)絡拓撲結構。在星型拓撲結構中，每個分支節(jié)點以點到點的方式連接到中心節(jié)點上，當在中心節(jié)點與分支節(jié)點間大量通信時，采用星型拓撲結構是最有效的。其優(yōu)點在于能夠將資源集中、網(wǎng)絡易于管理、覆蓋范圍集中、路由算法相對簡單，有問題的節(jié)點很容易在不影響其他節(jié)點性能的情況下被中心節(jié)點隔離掉。
在無線傳感器網(wǎng)絡中，MAC(Medium Access Control)協(xié)議決定無線信道的使用方式，在傳感器節(jié)點之間分配有限的無線通信資源，對傳感器網(wǎng)絡的性能有較大影響，是保證無線傳感器網(wǎng)絡低功耗工作的關鍵網(wǎng)絡協(xié)議之一。人體生理參數(shù)采集應用中，傳感器節(jié)點周期性采集數(shù)據(jù)，供電常采用小型紐扣電池，而中心節(jié)點一般供電充足，所以采用CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)控制協(xié)議。中心節(jié)點不關閉射頻模塊，持續(xù)接收。傳感器節(jié)點定時采樣、發(fā)送數(shù)據(jù)，在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時打開射頻模塊，首先對信道進行偵聽，若信道被占用，則退避一段隨機時間后再繼續(xù)偵聽，若此時信道沒有被占用，則發(fā)送數(shù)據(jù)，得到確認后關閉射頻模塊，MCU進入睡眠模式，等待下一次定時觸發(fā)。
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