WPAN脈搏血氧飽和度儀設(shè)計(jì)

　　本文介紹了基于無線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)設(shè)計(jì)的脈搏血氧飽和度檢測(cè)儀。WPAN是為在小范圍內(nèi)的設(shè)備間建立無線連接而開發(fā)的無線傳輸技術(shù),IEEE標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)已為此制定了IEEE802.15.X標(biāo)準(zhǔn)。本文涉及的傳輸技術(shù)符合專門針對(duì)低速WPAN制定的IEEE802.15.4(ZigBee)標(biāo)準(zhǔn)。

　　1 系統(tǒng)的組成及功能

　　基于WPAN的脈搏血氧飽和度檢測(cè)儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　檢測(cè)儀移動(dòng)采集終端的功能:檢測(cè)人體的血氧飽和度、脈搏和脈搏強(qiáng)度,并通過WPAN通信模塊將數(shù)據(jù)傳送給檢測(cè)系統(tǒng)主站。檢測(cè)儀移動(dòng)采集終端分為檢測(cè)探頭、血氧飽和度監(jiān)測(cè)模塊、電源和WPAN通信模塊等部分。檢 測(cè)探頭和血氧飽和度檢測(cè)模塊為外購(gòu)的OEM模塊,是美國(guó)BCI公司的產(chǎn)品,它利用光電法和比爾定理,從而實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)檢測(cè)。檢測(cè)儀移動(dòng)采集終端還支持一種獨(dú)立工作方式,這種工作方式適合于連續(xù)非實(shí)時(shí)工作的情況。

　　檢測(cè)儀主站的功能:通過WPAN接口接收并存儲(chǔ)檢測(cè)儀移動(dòng)采集終端發(fā)出的信息;按操作者的指令在顯示屏上顯示移動(dòng)終端傳來的實(shí)時(shí)信息或歷史數(shù)據(jù);當(dāng)檢測(cè)參數(shù)超出門限值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào);可根據(jù)需要通過快速以太網(wǎng)接口與后臺(tái)的支持管理系統(tǒng)通信,以完成更復(fù)雜的管理功能。一個(gè)檢測(cè)儀主站可連接多個(gè)檢測(cè)儀移動(dòng)采集終端,不僅增加了使用的方便性,而且提高了主站的利用率并降低了系統(tǒng)的使用成本。除檢測(cè)探頭和血氧飽和度檢測(cè)模塊外,系統(tǒng)其余部分全部為自行設(shè)計(jì),下面分別予以介紹。

　　2檢測(cè)儀移動(dòng)采集終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　檢測(cè)儀移動(dòng)采集終端WPAN通信模塊的功能:經(jīng)WPAN通信模塊接收檢測(cè)儀主站的命令,對(duì)命令解析后通過RS2232接口向血氧飽和度檢測(cè)模塊發(fā)出控制命令;接收血氧飽和度監(jiān)測(cè)模塊的采集數(shù)據(jù)和反饋控制信息,經(jīng)預(yù)處理和打包后經(jīng)WPAN通信模塊發(fā)送給檢測(cè)儀主站。

　　2.1　檢測(cè)儀移動(dòng)采集終端通信模塊硬件設(shè)計(jì)

　　檢測(cè)儀移動(dòng)采集終端WPAN通信模塊的硬件組成如圖2所示。

　　(1)MCU部分功能和實(shí)現(xiàn)

　　MCU部分是WPAN通信模塊的核心,完成通信模塊各組成部分的控制、協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)的加工。具體功能:通過RS232接口與血氧飽和度檢測(cè)模塊通信,實(shí)現(xiàn)對(duì)它的控制和配置,并接收檢測(cè)數(shù)據(jù);通過SPI接口和狀態(tài)指示接口實(shí)現(xiàn)對(duì)RF收發(fā)器的配置和檢測(cè),并完成發(fā)射和接收的數(shù)據(jù)交換;通過USART接口與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器連接,完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫操作;通過電源檢測(cè)和狀態(tài)指示部分,監(jiān)測(cè)電源電壓情況,并能通過狀態(tài)指示產(chǎn)生報(bào)警提示。

　　(2)RF收發(fā)器的功能和實(shí)現(xiàn)

　　RF收發(fā)器的功能是實(shí)現(xiàn)要傳輸數(shù)據(jù)的無線收發(fā)。具體功能包括:通過SPI接口完成與MCU部分的數(shù)據(jù)交換,數(shù)據(jù)內(nèi)容包括要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和來自MCU部分的控制和配置信息;根據(jù)來自MCU的控制和配置信息調(diào)整相關(guān)的RF參數(shù);通過狀態(tài)和指示接口將傳輸狀態(tài)反饋給MCU;通過天線完成數(shù)據(jù)的無線發(fā)送和接收;完成WPAN的物理層功能,實(shí)現(xiàn)物理層的協(xié)議處理。該部分采用Chipcon公司CC2420實(shí)現(xiàn)。

　　(3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的功能和實(shí)現(xiàn)

　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的功能是緩沖血氧飽和度檢測(cè)模塊的采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的緩沖主要應(yīng)用在無線連接不可靠的情況。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在無線連接不通暢、無法完成采集數(shù)據(jù)的及時(shí)傳送時(shí)緩沖積聚的數(shù)據(jù),以便在數(shù)據(jù)通路恢復(fù)時(shí)傳送這些數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的另一個(gè)功能是在移動(dòng)采集終端離線使用時(shí)存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù),這適合對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的長(zhǎng)期非實(shí)時(shí)的狀態(tài)跟蹤。

　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用ATMEL公司的新型FLASH芯片AT45DB041實(shí)現(xiàn)。當(dāng)移動(dòng)采集終端工作在離線狀態(tài)時(shí),采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)器中,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可持續(xù)時(shí)間大于48h,如采用壓縮技術(shù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間大于168h。