基于ZigBee的无线心音传感器节点设计

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对心脏储备能力进行评估的最重要方式之一就是对心音信号进行分析和研究。目前,医院所使用的检测方法,大多使用固定的心音检测仪,连接设备将传感器探头连接在病人与检测设备之间进行信号的传递。复杂的设备,众多的连线,会造成病人心理上的压力和紧张情绪,使得诊断所得到的数据与真实情况有一定差距。本文在对无线多媒体传感器网络以及网络协议分析的基础上,提出一种基于ZigBee的无线心音传感器节点的设计方案,无线心音传感器节点的硬件结构由数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元和电源供给单元四部分组成。数据采集单元包括信号采集电路,信号放大电路,模拟滤波电路,增益控制电路和电平调理电路。经过处理后的心音信号以0~+3.3V的电压范围输入到A/D采样电路。节点的数据处理和传输单元是基于ZigBee片上系统(SOC)CC2430芯片以及其外围电路设计的,简单而又高效。电源供给单元提供±5V和+3.3电压。无线心音传感器节点的软件设计包括A/D采样电路驱动程序设计,数据存储驱动程序设计,无线传输模块应用层协议软件设计和用户控制中心软件设计。构建简单的星型网络,用户通过用户界面,向网络终端采集节点发送采集命令,终端节点将采集的信号发送给基站,基站通过和PC通信,通过用户界面显示出心音信号,后期可以对心音信号进行参数提取,病理性分析,从而达到心音信号无线检测的目的。本文实现了心音无线传感器节点的设计,并在搭建的试验网络中进行了功能和性能的测试。功能测试中,通过终端节点和基站采集的信号的对比可知,通过ZigBee网络采集到的心音波形基本上没有变形,但传输后的信号掺杂了更多的噪声等杂音信号,使波形显得毛刺更多。部分第二心音S2可能已经被噪声等杂音信号淹没,同时也可能是传输过程中数据的丢包导致S2无法正常采集到。但这并不影响信号的有效识别,选取比较清晰的波形片段,后期经过去噪,算法仿真,能够有效提取心音信号的各项参数进行病理特征分析。性能测试中,由终端节点向基站连续发送固定大小(256字节)的数据包,在室内10m以内都没有丢包,在室外20m以上由于干扰的增多就开始出现丢包现象,并且随着距离增加,信号的强度越来越弱;功耗测试方面,工作模式和休眠模式的功耗分别是736mW和198uW,达到了预期的实验效果。
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