李建设,张友能

（安徽工贸职业技术学院,安徽淮南,230007）

Zigbee无线传感器网络技术在心电监护系统中的应用研究

李建设,张友能

（安徽工贸职业技术学院,安徽淮南,230007）

Zigbee具有功耗小、体积小、移动性好、覆盖面强和低成本的特点。本文中就是基于此特点，给出了Zigbee应用于心电监护系统的设计方案，并对各数据之间的传输数据进行描述。

Zigbee；无线传感器网络；心电监护系统

随着科学技术的不断发展，医疗监控设备趋向网络化和无线化已经成为未来医疗设备的发展趋势，移动型、穿戴型的具备无线联网功能的监护设备将会在未来的医疗领域大发异彩。在另一个方面，远程医疗的技术的发展也迫切需要无线联网技术与医疗设备进行结合，无线监护设备对患者的生命体征进行实时检查，就可以简化医疗设备的连线，为患者提供更加便捷的医疗体验，同时又可以及时将数据反馈给医生保证了良好的病情监控。

1 基于ZigBee技术的无线传感器网络基本理论

现阶段无线传感器的构建方式主要有两种方式，一种是由中心管理机构将命令发给某区域的传感器，并由传感器返回此刻的监测数据；另一种是传感器阶段不断监测周围环境的变化数据，并实时将数据反馈给管理控制中心，后一种网络布置方式较前一种网络布置方式具有较大的数据量。

1.1 无线传感器网络的硬件组成

无线传感器网络的硬件组成由传感器节点和网关节点组成，其中传感器节点包括由传感部分、模一数转换(ADC)部件组成的应用部分，和由计算部件、存储部件、通信部件、电源部件组成的节点平台部分。

1.2 无线传感器的网络软件组成

在硬件层搭建完成之后就需要进行软件部分的编写，软件部分需要实现的功能包括无线传感器网络的数据采集和无线传输功能，同时还需要考虑路由功能、网络拓扑、能耗考量和容错性能等。本文涉及的是应用较为复杂的场景，因此在软件搭建上可以根据无线传感器网络的特点构建相应的嵌入式操作系统，这样就可以满足系统对软件实时性、可移植性的要求。常用的无线传感器网络的软件层面主要包括硬件抽象层、系统服务层和应用层三个层次，在本系统的软件构建中也采用这种方式。首先对硬件平台的各种细节进行抽象，其中包括数据采集、无线传输、供电系统等，这样就可以在为以后的工作屏蔽掉底层繁杂的硬件细节；接着构建系统服务层，在这个部分的搭建过程中主要是对通信服务、传感服务等进行安排，同时对路由和算法进行实现。最后就是对应用层的定义，根据用户具体需要进行进一步的定义。

2 心电信号特征及ZigBee协议

心脏病是一种常见的疾病，心脏病的发病具有极大的随机性和偶然性，需要在医治过程中抓住早期的诊断救治时间，所以需要对患者进行实时的心电监测来帮助医生进行诊断治疗，如果没有进行实时的护理和救治就容易发生心电猝死状况的发生。现有的心电监控设备大多都是有线设备，具有较大的体积，若是病人需要观测就需要移动到特定的位置，这就极大的影响就诊的便捷性。采用无线传感器网络构建无线的心电监控设备有助于迎合现在多元化、信息化的医疗监护模式，对患有心律失常和心肌缺血检查方面的病人具有重要的意义。

2.1 心电信号的基本特征

想要对心电信号进行实时的监测，就需要充分了解心电信号的基本特征。心电信号采集于人体体表通常只有0.05-5mv,因为信号本身较为微弱所以在采集模块通常需要采用信号放大和滤波的手段，否则微弱的心电信号就会被大量的干扰信号掩盖掉，不能被正确的采集出来。另外心电信号通常处于低频段，其频带所处的范围一般为0.05Hz -100Hz，较干扰信号来说该部分集中心电信号的主要能量。其次由于人的身体具有不均匀性，并且通常会接收到多通道的输入，心电信号容易受到外界的干扰。另外人体内各个器官之间有相互的干扰，并且人体和外界之间有密切的联系，因此造成心电信号具有广泛的不稳定性，来自内部和外部的变化会直接造成信号信号的变化。

2.2 ZigBee协议概述

现阶段较为成熟的短距离无线传输技术包括蓝牙、红外和Zigbee三种技术，其中红外和蓝牙技术已经在生活中广泛使用，而Zigbee较另外的两种技术而言具有功耗小、体积小、移动性好、覆盖面强和低成本的特点。ZigBee技术定义的是低速的无线个人区域网络，其工作在不同的在载波下可以实现20kbps, 40 kbps和250 kbps三种不同的传输速率。ZigBee技术常用的网络拓扑方式包括星型和点对点的传输方式的树型和网状三种方式。ZigBee技术通常的地址方式包括16位和64位两种，16位地址是个域网中唯一的地址，当需要与外界进行连接时就需要调动64位的拓展地址。ZigBee技术具有载波多路侦听技术以支持冲突避免，同时为了保证传输信息的可靠性可以采用ACK机制，较红外和蓝牙技术等短距离无线传输技术，ZigBee技术具有非常低的功耗，这样就可以满足电池供电的设备节点的使用。

2.3 Zigbee技术在心电监护系统中的定位系统

在无线传感器网络的构建过程中，对定位系统的研究是保证采集数据准确无误的重要部分，若在心电监测系统中不能提供位置信息，那么该套系统将毫无意义。在本套系统中构建的定位系统是建立在心电监控网络的原有基础上，在功能部分分类上包括主站设备、路由器设备和终端设备三个部分， 其中主站是该定位系统中的控制部分，通过该部分与路由器部分的信息交互，实现坐标数据的无线传输，并将坐标数据传递给显示终端，并将信息显示在显示界面中。另外该部分还需要时刻检查整个系统的时钟同步以及监测系统中路由信息的正确性。另一部分就是路由器设备，该部分主要是处理系统中的无线链路，将终端与主站进行动态链路的连接，同时也会参与到终端节点的具体任务。该部分保证系统内的信息交互，将终端设备中的坐标信息发送到主站中。最后一部分就是终端设备 ，该部分是心电监护设备的主体，可以实现与路由设备进行数据交互，并将自身的节点位置进行必要计算，通过路由设备中转到主站中去。

3 结束语

在本文中分析了Zigbee无线传感器网络技术的心电监护系统，这是一种面向医院研究的新型的心电监护系统。心脏病具有突发性和随机性的特点，在现有的监控中可以实现对心电信号进行实时的监控和自动诊断，可以保证及时为医生提供诊疗的信息，但同时这种心电监测设备具有体积大、移动不便的不足，这就为患者的诊疗造成不便。在文中讨论了基于Zigbee无线传感器网络技术的心电监护系统，这样可以实现患者的无线心电监测，为患者提供了一定的活动空间，这就为心电监测系统提供了新的发展方向。而在其中需要保证对移动患者位置信息进行实时定位跟踪，在Zigbee无线传感器网络技术中对节点位置的监控十分必要。但该系统中由于一些硬件技术因素，对包括测距精度、能耗型等方面也需要进一步的改进和完善。

瞿雷，刘盛德，胡咸斌.ZigBee技术及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社，2007:313-347

Application of Zigbee wireless sensor network technology in ECG monitoring system

Li Jianshe,Zhang Youneng
(Anhui Industry &Trade Vocational Technical College Huainan Anhui,230007)

Zigbee has the characteristics of small power consumption,small size,good mobility,high coverage and low cost.This paper is based on this feature,gives the design scheme of Zigbee applied to the ECG monitoring system,and describes the transmission data between the data.

Zigbee;wireless sensor network;ECG monitoring system

安徽高校省级自然科学研究项目（KJ2013Z014） ; 安徽高校省级自然科学研究项目（KJ2013B037）

李建设，1974.6.22，男，职称：讲师，皖砀山县，汉，本科，电路与系统。