基于无线通信技术的电生物信号采集测试研究

潘杰

摘要：可穿戴电生物信号采集系统能够采集身体不同部位的电生物信号，通过传感器来获取电生物信号，将采集的数据储存在记忆卡中，并以ZigBee无线传输的方式实现器件与软件的实时数据传输。波形通过控制器进行数据实时处理在客户端显示出来，对身体不同部位信号进行采集并对数据进行分析。

关键词：无线通信;传感器;生物信号

中图分类号：TN402     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）25-0273-03

Abstract： Wearable electro-biological signal acquisition system can collect electro-biological signals from different parts of the body， acquire electro-biological signals through sensors， store the collected data in memory card， and realize real-time data transmission between devices and software by ZigBee wireless transmission. The waveform is displayed on the client through the real-time data processing of the controller， and the signals of different parts of the body are collected and analyzed.

Key words： wireless communication; Sensor; Biological signal

1 引言

大腦中不同的部位控制不同的身体活动，大脑的顶部和后部分别控制着四肢运动和看、听、学、说相关区域。脑电波信号是大脑传输命令的基础，科学家一直在研究脑电波信号和人体的一切活动之间存在的联系。如果这种关系能够通过采集人的脑电波信号把这些对应的信号与活动解析出来，那么就可以通过大脑的脑电波信号来通过数据分析轻松地实现人对身体以外事物的控制与操作[1]。人类很多的疾病，都是由脑部损伤或者非正常发育造成的，当通过传感器收集了正常人的脑部活动的控制系统，就可以通过监测脑部的脑电波信号对脑部疾病患者进行诊断和治疗[2]。

2 系统的原理

对于脑电波、心电肌肉、心电、姿势或身体动作等电生物信号的发现，是经过很多科学研究才发现的。随着科学的发展越来越多的技术应用于提取生物电信号设备的研究，本文研究的可穿戴采集生物电信号设备的原理图如图1所示。

本设备通过传感器模块获取电生物信号，将采集的数据储存在记忆卡，然后通过ZigBee（2.45GHz的）TDMA无线传输的方式输出到控制器，经过控制器对信号进行处理在电脑端显示出实时的波形[3]。传感器：用于测量ECG / EEG 、心电图、肌电图信号、截取运动和姿势的活动，以及去除环境的电磁污染（ EMP）。存储器安装在传感器上后，进行离线生理信号记录超过11小时的情况下，高质量的数据通过RF传输不会降低，连接设备后数据通过控制器传到电脑。控制器连接到计算机的USB端口，用于联机或者脱机的生理信号的数据传输和电池充电双按钮（正，负）和4个LED为简单的标记和事件标记LIR2032可充电钮扣电池，完全充电后通常有大于48小时的使用时间有低功耗的ZigBee（2.45GHz的）TDMA无线信号传输的交互式会话支持多传感器、多控制器、时间同步操作[4]，必须是传感器、存储器、控制器都连接好的状态。

3 系统主要功能

系统能够和网上的开源软件进行连接展示数据，所以你可以自由地存取、分析，归档和共享您自己的生物信号数据。设备包括主要由3个部件组成，传感器、存储器和控制器，加上各种配件方便生物型号的测量。穿戴设备可在联机状态（生物信号监测、生物反馈训练、游戏等）使用，也可以在脱机记录状态（睡眠、冥想、运动、视频或音乐活动等）使用或两种状态一起使用。脑电波应用技术也可以为残障人士服务，例如用脑电波控制的智能轮椅等，只需要一个想法便可以改变轮椅的运动姿态[5];脑电波应用可以用于保护个人隐私方面，例如越来越多的建筑使用玻璃幕墙，其中的人员隐私有时得不到保障，此时紧紧通过一个“念头”变能改变玻璃幕墙的透明度等等[6]。此设备的能够实现电生物信号采集数据和控制器之间实时传输。并且运用ZigBee（2.45GHz的）TDMA无线通信技术可以进行多传感器的数据实时传输，对身体不同部位的生物信号进行处理展示相应的波形。

4 系统实验测试

利用电生物传感器对人体的电生物信号进行采集的研究还处于研究阶段，还没有相当完整的实验数据结果，不同的研究人员采用不同的方法来获取人体的电生物信号包括入侵式和非入侵式，本设备收集电生物信号采用的是非入侵式，只需要把传感器设备穿戴到人体表面指定的位置便可以获取不同的电生物信号。本次实验对象是6个人。

实验目的：利用可穿戴设备系统研究脑电波、心电、肌肉等电生物信号以及人体的姿势。结合数据分析本设备的采集数据的准确度。

实验对象：随机选取了4个男士，2个女士进行测试。该组受测人员的年龄在20～25周岁之间，生活习惯良好，没有参加过类似的穿戴产品信号采集实验。自愿参加本次测试，在测试前没有对测试目的进行了解，没有心理干扰因素。

实验环境：室内，空间绝对安静，温湿度正常。

实验时间：每天午后课余时间，精神状态饱满，身体状态正常。

（1）加速度计功能（XYZ频道）测试