基于ZigBee无线传感网络的光电脉搏心率监测系统

潘 毅

（岳阳职业技术学院，岳阳 414000）

信息化时代的纵深发展，促使现代信息技术逐渐深入到社会生产生活的多个领域当中，带动了诸多行业领域生产经营方式的改进及优化，尤其实现了对于医疗行业的有机渗透。其中，逐渐被医疗行业广为应用的ZigBee无线传感网络，属于短距离、低功耗的局域网技术，将其应用于医疗行业领域，有利于开发研制光电脉搏心率监测系统，以便及时采集到患者的心率数据，辅助医生做出最符合实际的诊疗判断。

1 基于ZigBee无线传感网络的光电脉搏心率监测系统硬件设计

1.1 系统总体架构设计

本文所论述的基于ZigBee无线传感网络的光电脉搏心率监测系统，主要运用透射型光电传感器设备来采集患者的心率数据，再借助ZigBee无线传感网络技术及时将采集到的心率数据，反馈到联网监控中心系统。这项监测系统的另一端主要被放置在每个病房特定的区域，主要负责采集病房里每一位患者的生命体征信息，再通过分散布置在不同位置的路由节点，共享传输整合的数据信息。所应用到的传感器设备，可以是能够用来读取手指反射信息的红外发光二极管，配合光敏三极管将其转化成电信号，从而了解手指动脉的血液循环情况，间接通过动脉的脉动读取到心率的实时变化信息[1]。

1.2 系统硬件总体设计

光电脉搏心率监测系统的微处理器可以选用CC2530型号，以便配合外围的线路设备，形成能够驱动多项功能正常运转的操作程序。在设计系统核心硬件电路的时候，可以选用具有LC分立元件的巴伦天线，及时将差分信号转化为单端信号，提高系统监测读取脉搏心率数据的效率。至于ZigBee无线传感网络的三项节点，在选择CC2530处理器之后，要确保外围电路的连接情况整体上能够具备一致性。接着，考虑到ZigBee无线传感网络主要是短距离的传输，为了满足点对点传输数据对于距离的基本要求，可以适当使用CC2591型号的距离拓展芯片，构成光电脉搏心率监测系统的功率放大器以及低噪声方法器，以此降低干扰信号对于系统监测脉搏心率性能的影响。

1.3 系统数据采集电路

数据采集电路的具体设计方式，属于ZigBee无线传感网络光电脉搏心率检测系统硬件设计的关键环节。至于数据采集电路的设计，可以运用红外线发射二极管以及接收三极管装置，夹在患者的手指间监测血液的流量情况，等到血液的饱和达到一定程度后，理论上来说装置会发出能够与心跳节拍相对应的反馈信号，从而在经过过滤及放大处理之后，准确测量到脉搏心率的变化特征。一般来说，所运用的R25型号360Ω三极管感应红外光具有较高的灵敏度，能够准确甄别有脉搏和无脉搏的监测条件，前提是R25的功率不宜过小，不然在传感器设备感应不到手指的时候，就会导致输入端的直流电压产生剧烈变化。

2 基于ZigBee无线传感网络的光电脉搏心率监测系统软件设计

2.1 系统协议栈的设计

全面设计基于ZigBee无线传感网络的光电脉搏心率监测系统，有利于从整体上查看ZigBee协议栈结构的大体分布情况，从而考虑涉及到ZigBee定义的网络类型。一般来说，在设计光电脉搏心率监测系统时所选用的网络，一定程度上具有记忆功能，利用Z-Stack协议栈便可以构建执行操作系统，此后再利用轮询机制对监测事件进程全面处理。等到系统每个节点的设备都被激活以后，就可以将休眠模式切换掉，先进行脉搏心率的监测，等到工作任务完成之后再继续转入低功率的休眠模式，降低整个系统在待机及应用环节的功率消耗。

2.2 系统网络性能测试

对于ZigBee一类的短距离无线网络传输来说，传输距离属于容易影响到系统实际实用性能的重要评估指标，在应用的时候势必要加以权衡。因此，要测试本文论述的光电脉搏心率监测系统，在室内或者室外不同环境条件下，系统的节点设备所能够服务的传输距离。经过网络性能测试之后发现，本次具有CC2530终端节点的光电脉搏心率监测系统，若是在正常的医院室内环境条件下，能够服务的实际通信距离大约能够达到60m左右，此外还有最多能够跨越1～3个病房的信号距离，这说明该系统基本能够满足医疗人员的临床使用需求[2]。

2.3 系统采集性能测试

测试光电脉搏心率监测系统所能够具备的数据采集功能，属于最为关键、最为核心的检测环节，毕竟关系着系统的设计能否符合设计预期需求。在选择10位正常人以及10位病患者的基础上，运用了至少两种测试设备监测10min的心率数据，最终发现采集到的正常人组以及病患人组心率误差、方差并不是很大，这说明本文所述的基于ZigBee无线传感网络的光电脉搏心率监测系统，在采集心率数据的时候具备可靠性。

3 结束语

综上所述，本文所述的基于ZigBee无线传感网络的光电脉搏心率监测系统，具备采集、输送、显示以及存储心率信息的多项功能，一定程度上有助于应对看护患者成本高、病情监测不及时等问题。在此基础上，最终对研发出来的光电脉搏心率监测系统进行了多种形式的性能测试，发现本次探讨的光电脉搏心率监测系统，基本符合ZigBee技术的特征，初步具备一定的临床实用价值，未来还需进一步做好技术把控。