便攜式病人監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和模擬實(shí)現(xiàn)

PAGEIV便攜式病人監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和模擬實(shí)現(xiàn)摘要：由于當(dāng)今社會(huì)的迅速發(fā)展，人們生活的步伐也越來越快，人們對(duì)于醫(yī)療設(shè)施的要求也更加嚴(yán)格，傳統(tǒng)的醫(yī)療方式也已經(jīng)難以滿足當(dāng)代人的需求。因此，本次設(shè)計(jì)的便攜式病人監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠滿足人們對(duì)新的醫(yī)療方式的需求。本次研究采用的是ZigBee通信技術(shù)對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，ZigBee通信技術(shù)具有功耗低、成本低、速率低、延時(shí)短、網(wǎng)絡(luò)容量高等特點(diǎn)。系統(tǒng)擬采用GPS定位技術(shù)對(duì)病人進(jìn)行實(shí)時(shí)定位監(jiān)控。本設(shè)計(jì)采用溫度傳感器與壓力傳感器分別對(duì)病人的體溫與脈搏心率做實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，能夠隨時(shí)了解病人的體溫與心率脈搏變化，掌握病人的基本身體狀況，做好預(yù)防與接受及時(shí)的醫(yī)療救護(hù)。本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)在于可以對(duì)病人進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，不受地域限制的掌握病人的身體狀況。本研究在實(shí)驗(yàn)室下，利用傳感器通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、串口工具等，模擬實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)對(duì)溫度心率的采集。該研究的實(shí)現(xiàn)為該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中提供理論依據(jù)，能更好的進(jìn)行實(shí)際開發(fā)應(yīng)用。關(guān)鍵詞：ZigBee；GPS；傳感器

Abstract:Becausesociety'spromptnessdevelopsnowadays,peoplethesteplivingisalsomoreandmorequick,peopleisalsoespeciallystricttothemedicalfacilitiesrequest,thetraditionmedicaltreatmentwayisdifficulttosatisfymodern'sneedalsoalready.Portabletherefore,originallyinferiordesignpatientmonitorssystematicdesignbeingabletosatisfypeopletonewmedicaltreatmentwayneed.TimeofZigBeecommunicationtechnologystudyingbeingadoptingisinprogressoriginallytothedatathatsensoracquisitionarrivesattransmission,theZigBeecommunicationtechnologyhaslow,deferredshort,networkpowerdissipationlowcost,low,ratecapacitiesadvancedcharacteristics.SystemintendstoadoptGPSallocationtechnologytocarryoutlocalizedsupervisorycontrolofrealtimeonthepatient.Thisdesignusesthetemperaturesensorandpressuresensor,respectively,onthepulseofthepatient'stemperatureandheartratetodoreal-timemonitoring,canunderstandthepatient'stemperatureandheartratechanges,tomasterthebasicconditionofpatients,anddoagoodjobinpreventionandreceivetimelymedicalaid.Innovationpointofthisdesignistothepatientcanbereal-timepositioning,footloosegraspofthepatient'sphysicalcondition.Thisresearchinthelaboratory,usingthesensorthroughtheInternetofthingstechnology,serialporttools,simulationtorealizethecollectionofthesystemoftemperatureheartrate.Therealizationofthestudyprovidetheoreticalbasisforthesysteminpracticalapplication,thebetterforactualapplicationdevelopment.Keywords:ZigBee;GPS;Thesensor目錄第1章緒論 11.1本設(shè)計(jì)研究背景 11.2便攜式病人系統(tǒng)的介紹 11.2.1便攜式病人系統(tǒng)的功能 11.2.2便攜式病人系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng) 21.3國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展 31.3.1國(guó)內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r 31.3.2國(guó)外的發(fā)展?fàn)顩r 41.4便攜式監(jiān)控系統(tǒng)的意義 41.5本文研究?jī)?nèi)容及主要貢獻(xiàn) 4第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分析 62.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 62.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 62.1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn) 62.1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能 72.2數(shù)據(jù)的采集 72.2.1體溫的采集及數(shù)據(jù)傳輸 72.2.2脈搏心率的采集及數(shù)據(jù)傳輸 82.3本章小結(jié) 9第3章便攜式病人監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 103.1ZigBee通信技術(shù) 103.1.1ZigBee的概述 103.1.2ZigBee工作原理及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 113.2GPS定位技術(shù) 123.2.1GPS的概述 123.2.2GPS工作原理 133.3本章小結(jié) 14第4章系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn) 154.1上位機(jī)與串口通訊實(shí)現(xiàn) 154.2傳感器的數(shù)據(jù)采集 164.2.1溫度采集功能實(shí)現(xiàn) 164.2.2脈搏心率功能實(shí)現(xiàn) 184.3GPS定位功能實(shí)現(xiàn) 194.3.1粗略定位解算法 194.3.2定位解算 204.4本章小結(jié) 22第5章系統(tǒng)環(huán)境配置 235.1 IAR軟件的安裝及使用 235.2Setup_SmartRFProgr_1.9.0燒寫軟件的安裝使用 245.3串口調(diào)試助手的安裝使用 255.4傳感器的使用 265.4.1溫度傳感器 265.4.2脈搏心率傳感器 275.5本章小結(jié) 28第6章總結(jié)與展望 296.1總結(jié) 296.2展望 29畢業(yè)設(shè)計(jì)體會(huì) 30致謝 31參考文獻(xiàn) 32英文翻譯資料 33第1章緒論1.1本設(shè)計(jì)研究背景如今社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量越來越高，以及人口老齡化趨勢(shì)的越發(fā)嚴(yán)重，人們的健康受疾病的影響越來越嚴(yán)重，然而人們對(duì)于健康狀況越來越來關(guān)注，將疾病的預(yù)防與監(jiān)控當(dāng)成一件重要的事，更加注重對(duì)身體的保養(yǎng)調(diào)理。然而隨著生活節(jié)奏的加快，更多的人不愿奔波于醫(yī)院場(chǎng)所，覺得浪了大量的時(shí)間在醫(yī)院沒什么必要，一點(diǎn)小病沒什么問題，然而等到感到身體不舒適才去就醫(yī)時(shí)，有些疾病治療卻為時(shí)已晚，因而對(duì)于身體健康的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需求迫切，能夠做到既不耽誤生活工作也時(shí)刻了解自己的身體狀況。隨著通信、遙感、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的飛速發(fā)展，新的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，便攜式的醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)不僅隨身攜帶方便，而且能更好的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)病人的身體狀況，將通過傳感器監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳給醫(yī)院，醫(yī)生就能夠隨時(shí)了解被監(jiān)測(cè)人員的身體狀況，并可通過遙感技術(shù)對(duì)病人的位置時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。ZigBee近距離通信技術(shù)的迅速發(fā)展，使得遠(yuǎn)程監(jiān)控逐漸成為可能。更加靈敏的傳感器也更好的幫助醫(yī)生獲取病人準(zhǔn)確的身體信息。本研究的完成主要在實(shí)驗(yàn)室中，利用溫度傳感器和壓力傳感器模擬信號(hào)采集，并將這些數(shù)據(jù)通過串口通信發(fā)送到pc機(jī)，在pc機(jī)通過調(diào)試助手顯示數(shù)據(jù)信號(hào)變化。該研究對(duì)該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)，能夠更好地應(yīng)用于便攜式醫(yī)療系統(tǒng)中。1.2便攜式病人系統(tǒng)的介紹1.2.1便攜式病人系統(tǒng)的功能1.便攜式輸液系統(tǒng)現(xiàn)在大部分的醫(yī)院對(duì)病人輸液是依然采用重力輸液的方法，而且需要醫(yī)護(hù)人員不斷的去查看輸液是否完畢。當(dāng)今一些新型的便攜式輸液器，使得輸液不受空間限制而且可以長(zhǎng)時(shí)間輸液，該輸液器還可以根據(jù)病人及藥物種類自行調(diào)控輸液的流量，輸液完畢時(shí)通過傳感器發(fā)出警報(bào)，操作簡(jiǎn)便節(jié)省人力。2.便攜式血壓計(jì)如今一些便攜式血壓計(jì)采用壓力傳感器測(cè)量血壓值，并通過A/D轉(zhuǎn)換器將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)顯示出來。便攜式血壓計(jì)重量小，便于攜帶，可以長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量病人的血壓值，而且減少干擾和偽差帶來的影響，方便醫(yī)生實(shí)時(shí)了解病人真是的血壓狀況。3.便攜式智能血糖測(cè)試儀血糖的監(jiān)測(cè)對(duì)糖尿病的診斷、控制和治療起著重要作用，長(zhǎng)時(shí)間測(cè)定血糖可以防止疾病惡化并減少并發(fā)癥的發(fā)生。便攜式血糖儀減少了傳統(tǒng)血糖檢測(cè)的復(fù)雜步驟，并且可以隨時(shí)測(cè)定病人血糖值以了解到病人一日內(nèi)的血糖波動(dòng)及平均值。便攜式血糖儀由于攜帶方便，可以在家庭中使用，減少長(zhǎng)期奔波于醫(yī)院的麻煩。4.便攜式心電儀現(xiàn)在醫(yī)療使用的用于監(jiān)護(hù)心電的設(shè)備包括常規(guī)心電儀與動(dòng)態(tài)心電儀。常規(guī)心電儀主要應(yīng)用在醫(yī)院，可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)的監(jiān)測(cè)病人的心電變化，但其笨重不便攜帶。動(dòng)態(tài)心電儀便于攜帶，并能夠檢測(cè)病人的心電信息但不能實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)。便攜式心電儀能夠長(zhǎng)時(shí)間檢測(cè)病人心電狀況，并將心電信號(hào)傳輸?shù)结t(yī)院終端，以供醫(yī)護(hù)人員處理分析病人心電變化情況，便于病情的及時(shí)診療。5.便攜式體溫監(jiān)測(cè)儀便攜式體溫監(jiān)測(cè)儀能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)測(cè)病人的體溫，不在需要醫(yī)生定時(shí)的去測(cè)量病人的體溫繪制體溫變化曲線，無需醫(yī)生長(zhǎng)時(shí)間與病人接觸就能夠?qū)崟r(shí)了解病人的生理狀況。1.2.2便攜式病人系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)圖1.1便攜式輸液與物聯(lián)網(wǎng)圖1.2智能醫(yī)療系統(tǒng)圖1.3智能醫(yī)療1.3國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展1.3.1國(guó)內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r在我國(guó)，如今ZigBee技術(shù)在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用，甚至一些我們根本想不到的領(lǐng)域也在應(yīng)用ZigBee通信技術(shù)。例如，在工業(yè)領(lǐng)域，利用ZigBee進(jìn)行照明控制，工程師可以不用到現(xiàn)場(chǎng)就能夠通過計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)各照明燈具的工作狀況。在煤炭領(lǐng)域，利用ZigBee技術(shù)的路由節(jié)點(diǎn)使用功能，將其應(yīng)用于對(duì)礦區(qū)內(nèi)的安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以做到提前發(fā)現(xiàn)事故隱患。在一些加油站內(nèi)，有些客戶希望改變傳統(tǒng)的布線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，他們也在考量使用ZigBee通信技術(shù)來傳輸加油站內(nèi)的數(shù)據(jù)信息。在現(xiàn)今的工業(yè)領(lǐng)域，使用傳感器與ZigBee技術(shù)對(duì)設(shè)備與環(huán)境的一些數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，讓操作人員對(duì)數(shù)據(jù)信息的分析處理變得簡(jiǎn)潔方便，并將其當(dāng)成決策輔助系統(tǒng)的一部分。在汽車領(lǐng)域，主要使用通用的傳感器進(jìn)行傳輸信息。然而在汽車的構(gòu)造內(nèi)，大部分的傳感器使用都需要嵌入在汽車部件的內(nèi)部，比如用于監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的傳感器，這使得對(duì)設(shè)備及傳感器的供電的電池具有較長(zhǎng)的使用時(shí)間，并且能夠減少內(nèi)部運(yùn)行環(huán)境對(duì)其信息采集帶來的影響。在醫(yī)療監(jiān)控領(lǐng)域，使用傳感器與ZigBee技術(shù)能夠準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的檢測(cè)病人的生理健康狀況的變化，比如血糖、體溫、脈搏心率等信息，該技術(shù)的應(yīng)用減輕醫(yī)護(hù)人員定時(shí)檢測(cè)病人身體狀況的負(fù)擔(dān)，有利于幫助醫(yī)護(hù)人員及時(shí)地分析處理病人的數(shù)據(jù)信息，做到對(duì)疾病的監(jiān)控和預(yù)防。然而我國(guó)醫(yī)療領(lǐng)域在便攜式的醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展相對(duì)落后，現(xiàn)在用的較多的是心電監(jiān)護(hù)儀，但這種監(jiān)護(hù)儀的使用時(shí)間有限，一般為24小時(shí)用于監(jiān)控病人的心電狀況，但使用起來不太方便,而且能量的使用的時(shí)間較短。近年來，研究人員將ZigBee應(yīng)用于便攜式的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，對(duì)病人在醫(yī)院外進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)計(jì)出一款基于ARM和ZigBee的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，既實(shí)現(xiàn)對(duì)病人的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，又能對(duì)病人數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。2007年，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院發(fā)表聲明他們研究并成功建設(shè)了無線遠(yuǎn)程心電監(jiān)控技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，該平臺(tái)在國(guó)內(nèi)是第一個(gè)建成的遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)測(cè)病人的心血管狀況，幫助醫(yī)生作出及時(shí)的診斷與提前預(yù)防。2010年，武警總醫(yī)院建成了全國(guó)首個(gè)急診遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)室，能夠?qū)Σ∪说男碾姞顩r進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。1.3.2國(guó)外的發(fā)展?fàn)顩r在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，如北美與歐洲一些國(guó)家，遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)比較成熟完善。1988年，美國(guó)一些研究人員對(duì)遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)作出明確定義，將其歸為分布式的系統(tǒng)。2006年，UniversityofAarhus（奧胡斯大學(xué)）開發(fā)完成A2ware系統(tǒng)，A2ware系統(tǒng)能夠幫助醫(yī)護(hù)人員對(duì)病人進(jìn)行診斷，可以將病人的生理信息迅速的傳輸給醫(yī)生。隨著遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)的興起，世界其他一些國(guó)家也相繼展開遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)。2003年，蘇黎世eth大學(xué)為一個(gè)患有心臟病和呼吸疾病的人研究設(shè)計(jì)可穿戴的基于-AMON的醫(yī)療監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)病人的血糖、心率、血壓進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)一些世界領(lǐng)先的電子、信息產(chǎn)品的生產(chǎn)商也投身于遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研發(fā)，例如Intel的proactivehealth項(xiàng)目意在建立一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)幫助病人在居家環(huán)境下了解、管理自己的健康狀況。1.4便攜式監(jiān)控系統(tǒng)的意義隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展社會(huì)的進(jìn)步，人們生活的節(jié)奏越來越快，同時(shí)人們也更加注重身體的健康，更希望能夠在家庭生活環(huán)境中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自己的健康狀況而不是長(zhǎng)時(shí)間奔波于醫(yī)院。并且科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能型生活也逐漸進(jìn)入人們的日常生活，便攜式的醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)能更好的滿足患者的需求，讓病人可以在任何地方任何時(shí)間都能夠了解身體的生理信息。1.5本文研究?jī)?nèi)容及主要貢獻(xiàn)本設(shè)計(jì)報(bào)告主要針對(duì)便攜式病人監(jiān)控的體溫與脈搏心率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，介紹借用傳感器采集體溫與脈搏心率數(shù)據(jù)的過程，ZigBee無線通信技術(shù)等內(nèi)容。本設(shè)計(jì)報(bào)告在結(jié)構(gòu)上共有六個(gè)章節(jié)，章節(jié)內(nèi)容安排如下：第1章是緒論，主要介紹本便攜式病人監(jiān)控系統(tǒng)的研究背景、國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)展?fàn)顩r，并且簡(jiǎn)要說明該設(shè)計(jì)的意義。第2章系統(tǒng)總體分析，分析針對(duì)當(dāng)今社會(huì)的需求，并介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理與思路，對(duì)便攜式體溫與脈搏心率數(shù)據(jù)采集的優(yōu)點(diǎn)作簡(jiǎn)要說明。第3章是系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的介紹，首先介紹ZigBee無線通信技術(shù)的定義和應(yīng)用發(fā)展前景，其工作原理以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。然后介紹GPS的定義和發(fā)展，以及其結(jié)構(gòu)和工作原理。第4章是其軟件功能實(shí)現(xiàn)部分，詳細(xì)介紹體溫和脈搏心率數(shù)據(jù)采集的算法實(shí)現(xiàn)，并簡(jiǎn)要說明GPS定位的兩種算法。第5章系統(tǒng)的介紹該設(shè)計(jì)所需的環(huán)境配置。介紹IAR軟件的安裝使用并配有相應(yīng)的截圖，介紹仿真器少些軟件的使用并配有相應(yīng)的截圖，最后介紹本次設(shè)計(jì)中傳感器的使用以及實(shí)驗(yàn)的結(jié)果截圖。第6章是總結(jié)與展望，主要總結(jié)本設(shè)計(jì)總體概況并對(duì)其存在的限制以及可改善的地方進(jìn)行說明。展望未來對(duì)該設(shè)計(jì)的使用的期待。第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分析2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析本便攜式病人監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是為了滿足病人對(duì)于生理各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，可以讓病人在任何地方任何時(shí)候都能夠了解自己身體的生理變化，能夠時(shí)刻監(jiān)測(cè)病人的體溫、心率的變化，而且采用GPS定位技術(shù)，能夠幫助醫(yī)生準(zhǔn)確的了解病人所在的位置，便于醫(yī)護(hù)人員對(duì)于病人的突發(fā)事故作出第一時(shí)間的救助。此次設(shè)計(jì)的模擬實(shí)現(xiàn)是在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境下，是一種短距離的傳輸實(shí)現(xiàn)。2.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)采用溫度傳感器與測(cè)脈搏心率的傳感器，對(duì)病人的體溫和脈搏心率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。利用ZigBee無線通信技術(shù)將傳感器采集的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到終端，醫(yī)護(hù)人員可以根據(jù)傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。本設(shè)計(jì)的模擬實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中模擬采集溫度與脈搏的跳動(dòng)的數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)通過串口通信在上位機(jī)中顯示出來，在終端上觀察數(shù)據(jù)的變化。本次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境下模擬實(shí)現(xiàn)，利用傳感器感應(yīng)人體溫度與脈搏心率的變化，并將溫度脈搏心率的變化發(fā)送到上位機(jī)，在上位機(jī)中通過窗口顯示出來。圖2.1系統(tǒng)的信號(hào)傳輸圖2.1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)在該系統(tǒng)中，作為無線傳感節(jié)點(diǎn)的病人組成自組網(wǎng)，通過中繼方式將數(shù)據(jù)傳到作為路由節(jié)點(diǎn)的基站，再由基站將數(shù)據(jù)傳送到終端助手。表2.1短距離無線通信技術(shù)比較該系統(tǒng)利用ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)，該傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種大規(guī)模的、可自行組織的、動(dòng)可靠的、以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)。其大規(guī)模主要體現(xiàn)在范圍與傳感器的數(shù)量，傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模能夠提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度與容錯(cuò)性，使得監(jiān)測(cè)范圍能夠全覆蓋。具有自組織能力的節(jié)點(diǎn)，可以自行配置管理，形成具有轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)功能的無線傳感網(wǎng)絡(luò)。動(dòng)態(tài)性要求其能夠?qū)ν饨缫蛩刈兓鞒稣{(diào)整以適應(yīng)變化。傳感網(wǎng)絡(luò)軟硬件的魯棒性和容錯(cuò)性使其成為一種可靠的網(wǎng)絡(luò)，能夠在環(huán)境惡劣的情況下，依舊保持著其通信的保密性和安全性，預(yù)防監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)被盜與偽造。傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究設(shè)計(jì)是根據(jù)每個(gè)具體的領(lǐng)域，ZigBee傳感網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)面向任務(wù)的以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)。[6]2.1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能基于ZigBee無線通信技術(shù)的便攜式醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)的檢測(cè)病人的體溫、脈搏心率的變化，并將檢測(cè)的數(shù)據(jù)以無線通信方式發(fā)送到pc機(jī)，該方式不僅簡(jiǎn)化了醫(yī)護(hù)人員的工作負(fù)擔(dān)，而且能夠幫助醫(yī)護(hù)人員準(zhǔn)確詳細(xì)的了解病人的生理健康狀況。將ZigBee技術(shù)的傳感節(jié)點(diǎn)安放在病人身上，盡量使其不對(duì)病人的生活產(chǎn)生影響。本研究在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度與脈搏的采集，并將結(jié)果通過串口顯示在串口調(diào)試助手中。2.2數(shù)據(jù)的采集2.2.1體溫的采集及數(shù)據(jù)傳輸體溫的監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)采集是臨床診斷疾病的重要指標(biāo)，同時(shí)體溫也是最容易測(cè)量的生理指標(biāo)，而且體溫的準(zhǔn)確與及時(shí)性測(cè)量有助于疾病的診斷和治療。然而現(xiàn)在醫(yī)院大都采用水銀體溫計(jì)，這樣耗費(fèi)大量人力并對(duì)體溫的規(guī)律性監(jiān)測(cè)比較復(fù)雜，會(huì)降低疾病監(jiān)測(cè)的效率，給疾病的治療帶來延誤。因此采用便攜式監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)既能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)病人的體溫變化，又節(jié)省醫(yī)護(hù)人員花費(fèi)大量時(shí)間去幫助病人測(cè)量體溫。該便攜式病人監(jiān)控系統(tǒng)滿足了病人與醫(yī)護(hù)人員的需求[17]。本設(shè)計(jì)模擬采用SHT10溫度傳感器對(duì)人體的體溫進(jìn)行采集，SHT10是一種已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，其測(cè)溫精度為±0.5攝氏度[7]。將傳感器與電腦連接好,打開上位機(jī)的運(yùn)行串口,可以觀察到室內(nèi)的溫度,通過人體皮膚去觸摸傳感器,傳感器便會(huì)將采集到的溫度傳到上位機(jī)進(jìn)行顯示出來。如果在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一方面采用的是無線傳輸，通過ZigBee無線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送到終端主機(jī)，終端主機(jī)會(huì)對(duì)發(fā)送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。另一方面該溫度會(huì)在病人攜帶的設(shè)備上顯示出來，以供病人實(shí)時(shí)觀測(cè)自己的體溫變化。圖2.2溫度傳感器工作流程圖2.2.2脈搏心率的采集及數(shù)據(jù)傳輸脈搏隱含著人類身體的審理病理信息，心臟左右心室規(guī)律性的收縮與舒張致使人體主動(dòng)脈的收縮與舒張，從而會(huì)形成脈搏的震動(dòng)變化。脈搏波的形態(tài)、強(qiáng)度、速率等信息能夠顯示人體心血管系統(tǒng)中的血流特征。脈搏波的跳動(dòng)可以通過脖子、手臂等部位監(jiān)測(cè)出來，對(duì)其的采集分析能夠預(yù)測(cè)心血管疾病的發(fā)生并能及時(shí)的采取救護(hù)措施，使心血管疾病得到及時(shí)的治療。脈搏心率傳感器可以采用一種微壓力傳感器，將該種傳感器貼近人體皮膚就能夠監(jiān)測(cè)到人體的脈搏跳動(dòng)，并且能夠?qū)⒚}搏跳動(dòng)的壓力轉(zhuǎn)化成信號(hào)輸出，通過測(cè)量?jī)x器可以觀測(cè)脈搏跳動(dòng)的規(guī)律性與強(qiáng)度。將采集的信息發(fā)送到終端，供醫(yī)護(hù)人員監(jiān)測(cè)分析病人的心率變化，掌握病人的心血管疾病狀況[12]。在本次的研究設(shè)計(jì)演示過程中，實(shí)現(xiàn)將傳感器感應(yīng)到的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到pc機(jī)，在pc機(jī)上實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)信號(hào)變化。圖2.3脈搏傳感器工作流程圖2.3本章小結(jié)本章主要系統(tǒng)的介紹下該便攜式病人監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求分析，并簡(jiǎn)要的說明溫度、脈搏心率的采集與傳輸?shù)倪^程。本章所講的數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)都是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行的模擬實(shí)現(xiàn)。第3章便攜式病人監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1ZigBee通信技術(shù)3.1.1ZigBee的概述ZigBee技術(shù)是在IEEE802.15.4的基礎(chǔ)上發(fā)展的，但I(xiàn)EEE只是處理網(wǎng)絡(luò)層以下的低層次的協(xié)議，因此ZigBee聯(lián)盟擴(kuò)展了IEEE，將其網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議和API接口進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。ZigBee是一種新興的短距離、低速率的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。ZigBee主要應(yīng)用于距離較近的無線連接，其擁有自己的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)通信。這些傳感器需要的能量很少，它們以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器，所以它們的通信效率非常高。ZigBee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無線模塊組成的一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，跟移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)十分相似，每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊類似移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基站[15]，在整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，它們之間能夠進(jìn)行相互通信；每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的距離能夠從標(biāo)準(zhǔn)的75米，擴(kuò)展到幾百米，甚至幾公里；另外整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)還可以與現(xiàn)有的其它的各種網(wǎng)絡(luò)連接。ZigBee堆棧是在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上建立的，ZigBee堆棧包括IEEE802.15.4的物理層和MAC層，以及ZigBee堆棧層：網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層和安全服務(wù)提供層。從應(yīng)用角度看，端點(diǎn)到端點(diǎn)的連接是通信技術(shù)的本質(zhì)，每個(gè)接口都可以接收(用于輸入)或發(fā)送(用于輸出)簇格式的數(shù)據(jù)。一般ZigBee具有二個(gè)特殊的端點(diǎn)，即端點(diǎn)0和端點(diǎn)255。整個(gè)ZigBee設(shè)備的配置和管理是使用的端點(diǎn)0，應(yīng)用程序能夠通過端點(diǎn)0與ZigBee堆棧的其它層進(jìn)行通信，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其他層的初始化和配置[18]。ZigBee技術(shù)的全部端點(diǎn)均靠應(yīng)用支持子層來實(shí)現(xiàn)功能。應(yīng)用支持子層由網(wǎng)絡(luò)層作為功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，在ZigBee中能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備之間通訊與對(duì)其初始化的一系列活動(dòng)均靠網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用層能夠依靠ZigBee實(shí)現(xiàn)多種功能，如利用其對(duì)網(wǎng)絡(luò)層實(shí)施一般的查看和簡(jiǎn)單的配置。ZigBee中各層的依靠sap（服務(wù)接入點(diǎn)）和802.15.4MAC層實(shí)現(xiàn)通訊功能，服務(wù)接入點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)連接各層與其上層實(shí)現(xiàn)一定功能的接口。ZigBee的服務(wù)接口點(diǎn)主要有數(shù)據(jù)實(shí)體與管理實(shí)體兩大接口。其中數(shù)據(jù)實(shí)體接口能夠?yàn)槠渖蠈討?yīng)用及時(shí)傳送需要的數(shù)據(jù)信息，而管理實(shí)體接口就是為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)上層的訪問、監(jiān)管與配置。下圖圖一為ZigBee協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)示意圖：圖3.1ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)ZigBee的功能依靠協(xié)調(diào)器、路由器、終端設(shè)備等來實(shí)現(xiàn)。ZigBee協(xié)調(diào)器作為傳感網(wǎng)的開啟與設(shè)置基本參數(shù)，能夠一直使用間接尋址所用的表格，提供關(guān)聯(lián)服務(wù)，并且能夠策劃一些活動(dòng)。一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)只能夠允許擁有一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器。ZigBee的路由器就為提供關(guān)聯(lián)服務(wù)的，可以把信息發(fā)送給其他的裝置。ZigBee的3個(gè)拓?fù)漕愋椭?，只有星型網(wǎng)絡(luò)不具備路由器的功能，其他兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)類型均能夠擁有不止一個(gè)ZigBee路由器。ZigBee的終端設(shè)備能夠?yàn)槠溆嘘P(guān)的功能提供服務(wù)，同時(shí)優(yōu)化ZigBee傳感網(wǎng)以使其能夠與別的設(shè)備進(jìn)行通訊。它的存儲(chǔ)器容量要求最少。3.1.2ZigBee工作原理及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基于ZigBee的無線設(shè)備工作在

868MHZ,

915MHZ

和

2.4Z

頻帶。其最大數(shù)據(jù)速率是

250Kbps.

ZigBee技術(shù)主要針對(duì)以電池為電源的應(yīng)用，這些應(yīng)用對(duì)低數(shù)據(jù)速率、低成本、更長(zhǎng)時(shí)間的電池壽命有較高的需求。在一些ZigBee應(yīng)用中，無線設(shè)備持續(xù)處于活動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間是有限的，大部分時(shí)間無線設(shè)備是處于省電模式（也稱休眠模式）的。因此，ZigBee設(shè)備在電池需要更換以前能夠工作數(shù)年以上。ZigBee技術(shù)具有強(qiáng)大的組網(wǎng)能力，可以形成星型、樹型和網(wǎng)狀網(wǎng)，可以根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需要來選擇合適的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。星形拓?fù)涫亲詈?jiǎn)單的一種拓?fù)湫问?，該拓?fù)浒粋€(gè)Co-ordinator（協(xié)調(diào)者）

節(jié)點(diǎn)和一系列的

EndDevice（終端）節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)發(fā)起和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，每一個(gè)EndDevice

節(jié)點(diǎn)只能直接和

Co-ordinator

節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。樹形拓?fù)浒ㄒ粋€(gè)Co-ordinator（協(xié)調(diào)者）以及一系列的

Router（路由器）

和

EndDevice（終端）節(jié)點(diǎn)。在該拓?fù)鋱D中，ZigBee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，選擇某些關(guān)鍵的參數(shù)。MESH

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的功能，網(wǎng)絡(luò)可以通過“多級(jí)跳”的方式來通信；該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可以組成極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)還具備自組織、自愈功能。圖3.2ZigBee結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D3.2GPS定位技術(shù)3.2.1GPS的概述GPS（GlobalPositioningSystem）即全球定位系統(tǒng)，是由美國(guó)的國(guó)防部研制的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)是以衛(wèi)星作為基礎(chǔ)的一種無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，GPS適用于陸地、海洋、航空航天等范圍，還具有全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性定位功能。因地球在天球空間中的位置是不穩(wěn)定的，故協(xié)議用wgs84某一刻的北極點(diǎn)指向位置。GPS高穩(wěn)定度的頻率標(biāo)準(zhǔn)是其定位成功的關(guān)鍵所在，因此其核心部件采用的是高精度時(shí)鐘、導(dǎo)航電文存儲(chǔ)器、雙頻發(fā)射和接收機(jī)以及微處理機(jī)。為了降低時(shí)間誤差引起的距離誤差，在GPS工作衛(wèi)星上安裝兩臺(tái)銣原子鐘和兩臺(tái)銫原子鐘[9]。GPS信號(hào)接收機(jī)分為天線單元和接收單元兩部分，用來接收信號(hào)以計(jì)算出信號(hào)發(fā)出點(diǎn)的位置，接收機(jī)可以分為導(dǎo)航型接收機(jī)、測(cè)地型接收機(jī)、授時(shí)型接收機(jī)。GPS定位是結(jié)合了GPS技術(shù)、無線通信技術(shù)(GSM/GPRS/CDMA)、圖像處理技術(shù)及GIS技術(shù)的定位技術(shù)。3.2.2GPS工作原理微處理器是GPS接收機(jī)的中心部件，能夠獲取信號(hào)衛(wèi)星，并依據(jù)預(yù)先制定的航路點(diǎn)坐標(biāo)和單點(diǎn)定位測(cè)站位置計(jì)算其中導(dǎo)航定位參數(shù)。圖3.3GPS接收機(jī)原理圖GPS是利用無線電測(cè)距交會(huì)的原理，依靠至少三個(gè)預(yù)先測(cè)量的位置交會(huì)計(jì)算得出衛(wèi)星的銅件位置，相反的依靠三顆衛(wèi)星也可交會(huì)出地面未知點(diǎn)（用戶接收機(jī)）的位置。圖3.4GPS定位原理圖3.3本章小結(jié)本章主要介紹本研究設(shè)計(jì)便攜式病人監(jiān)控系統(tǒng)所使用的ZigBee無線通信技術(shù)與GPS定位技術(shù)，章節(jié)主要分為兩大部分：（1）對(duì)ZigBee無線通信技術(shù)進(jìn)行整體概述，涉及ZigBee的概念、特點(diǎn)、拓?fù)漕愋鸵约捌涔ぷ鞯脑?。?）對(duì)GPS定位技術(shù)進(jìn)行整體概述，涉及GPS和接收機(jī)的概念、特點(diǎn)以及工作原理。第4章系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)4.1上位機(jī)與串口通訊實(shí)現(xiàn)串口發(fā)送部分代碼如下：voidUartTX_Send_String(unsignedchar*Data,intlen)//串口發(fā)送函數(shù){ intj; for(j=0;j<len;j++) { U0DBUF=*Data++; while(UTX0IF==0); UTX0IF=0; }}voidUartTX_Send_Data(unsignedcharData,intlen)//串口發(fā)送函數(shù){ intj; for(j=0;j<len;j++) { U0DBUF=Data; while(UTX0IF==0); UTX0IF=0; }}中斷延時(shí)函數(shù)：voiddelay(void){ unsignedinti; unsignedcharj; for(i=0;i<1500;i++) { for(j=0;j<200;j++) { asm("NOP"); asm("NOP"); asm("NOP"); } }}#pragmavector=URX0_VECTOR//uart0中斷函數(shù)__interruptvoiduart0(void){URX0IF=0;//清中斷標(biāo)志P0_0=~P0_0;uart_buffer=U0DBUF;//UartTX_Send_String("welcome",10);UartTX_Send_Data(uart_buffer,1);}4.2傳感器的數(shù)據(jù)采集4.2.1溫度采集功能實(shí)現(xiàn)溫度傳感器溫度采集的代碼實(shí)現(xiàn)如下：voidmain(void){ unsignedlonglTemp; floatRHTValue; unsignedcharbuf[8]; P0DIR|=0x01;//設(shè)置P0.0為輸出方式；P0.4和P0.5為輸入方式 P2DIR|=0x01;//設(shè)置P2.0為輸出方式 P0_0=1; P2_0=1;//熄滅LED CLKCONCMD&=~0x40;//選擇32M晶振 while(!(SLEEPSTA&0x40));//等待XSOC穩(wěn)定 CLKCONCMD=0xb8;//TICHSPD128分頻，CLKSPD不分頻 SLEEPCMD|=0x04;//關(guān)閉不用的RC振蕩器 PERCFG=0x00;//位置1P0口 P0SEL=0x3c;//P0用作串口 U0CSR|=0x80;//UART方式 U0GCR|=10;//baud_e=10; U0BAUD|=216;//波特率設(shè)為57600 UTX0IF=1; U0CSR|=0X40;//允許接收 IEN0|=0x84;//開總中斷，接收中斷 Sensor_PIN_INT(); UartTX_Send_String("Testing...\r\n",12); while(1){ lTemp=ReadSHT1(3);//14bit溫度lTemp=lTemp>>8;RHTValue=lTemp;RHTValue=0.01*RHTValue-39.64;buf[0]=(uint8)RHTValue;//溫濕度傳感器溫度 buf[0]=(((buf[0]/10)<<4)+(buf[0]%10)); buf[1]=(buf[0]>>4)&0xf; if(buf[1]>0x9) buf[1]=buf[1]-0XA+'A'; else buf[1]=buf[1]+'0'; buf[2]=(buf[0])&0xf; if(buf[2]>0x9) buf[2]=buf[2]-0XA+'A'; else buf[2]=buf[2]+'0'; lTemp=ReadSHT1(5);//12bit濕度lTemp=lTemp>>8;RHTValue=lTemp;RHTValue=0.0405*RHTValue-4-2.8*RHTValue*RHTValue/1000000;buf[3]=(uint8)RHTValue;//溫濕度傳感器濕度 buf[3]=(((buf[3]/10)<<4)+(buf[3]%10)); buf[4]=(buf[3]>>4)&0xf; if(buf[4]>0x9) buf[4]=buf[4]-0XA+'A'; else buf[4]=buf[4]+'0'; buf[5]=(buf[3])&0xf; if(buf[5]>0x9) buf[5]=buf[5]-0XA+'A'; else buf[5]=buf[5]+'0'; UartTX_Send_String("Temperature=",14); UartTX_Send_String(&buf[1],1); UartTX_Send_String(&buf[2],1); UartTX_Send_String("",4); UartTX_Send_String("humidity=",11); UartTX_Send_String(&buf[4],1); UartTX_Send_String(&buf[5],1); UartTX_Send_String("\r\n",2); delay(); }}//endofmain()4.2.2脈搏心率功能實(shí)現(xiàn)脈搏心率傳感器的代碼實(shí)現(xiàn)如下：voidmain(void){ uint16AdValue; floattemp; unsignedcharbuf[8]; Sensor_PIN_INT(); UartTX_Send_String("Testing...\r\n",12); while(1){ AdValue=ReadAdcValue(0x6,3,2);AdValue=AdValue>>6; temp=AdValue; if(temp>0x24){ temp=(temp-0x22)*200/0x12; } else temp=0; buf[0]=(uint8)temp;//壓力 buf[1]=buf[0]/100; buf[2]=buf[0]%100/10; buf[3]=buf[0]%10; if(buf[1]>0x9) buf[1]=buf[1]-0XA+'A'; else buf[1]=buf[1]+'0'; if(buf[2]>0x9) buf[2]=buf[2]-0XA+'A'; else buf[2]=buf[2]+'0'; if(buf[3]>0x9) buf[3]=buf[3]-0XA+'A'; else buf[3]=buf[3]+'0';UartTX_Send_String("Press=",8); UartTX_Send_String(&buf[1],3); UartTX_Send_String("g",1); UartTX_Send_String("\r\n",2); delay(); }}//endofmain()4.3GPS定位功能實(shí)現(xiàn)GPS定位是一種非線性的方程，一般的處理方法是按泰勒級(jí)數(shù)展開后可以取一項(xiàng)進(jìn)行線性化，再利用最小二乘法原理求解，如果所取的觀測(cè)站坐標(biāo)的初始值有較大的偏差，略去二次微小量的模型誤差，對(duì)解算結(jié)果將產(chǎn)生不能忽略的影響。本節(jié)主要是研究分析了GPS測(cè)碼偽距絕對(duì)定位的傳統(tǒng)算法，其中簡(jiǎn)單介紹兩種定位算法[9]。4.3.1粗略定位解算法假定按照星歷參數(shù)已經(jīng)得到其中四顆衛(wèi)星在wgc-84坐標(biāo)系中大致坐標(biāo)為，，，，將GPS接收機(jī)的坐標(biāo)假定為，鐘差，偽距觀測(cè)值分別為，同時(shí)考慮好了對(duì)進(jìn)行各種可能存在誤差的調(diào)整，然而GPS接收機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)差最大可為±175納秒左右，即便是誤差接近±175納秒，因?yàn)樾l(wèi)星的軌道距離地面20200km，因此得到GPS接收機(jī)大致坐標(biāo)的時(shí)候就可以不用再將GPS接收機(jī)鐘差產(chǎn)生的偽距測(cè)量誤差考慮到方程式中。于是，GPS接收機(jī)的概略坐標(biāo)就能夠帶入以下觀測(cè)方程式中由于將上述四顆衛(wèi)星的坐標(biāo)帶入該方程中構(gòu)成的方程組的未知數(shù)較多，將方程組中各方程兩邊平方后，再用下面三個(gè)方程依次減去第一個(gè)方程，就可以得到一個(gè)關(guān)于接收機(jī)近似坐標(biāo)的方程組將上述方程組寫成矩陣的形式：式中由以上矩陣得概略坐標(biāo)解為：4.3.2定位解算將上述觀測(cè)方程中的已知項(xiàng)用表示，即得到：式中：是觀測(cè)誤差方程的常數(shù)項(xiàng)將上式寫成矩陣形式：式中：X是可設(shè)定的參數(shù)矢量A是未知參數(shù)的系數(shù)矩陣L是常數(shù)項(xiàng)矢量V是改正數(shù)或殘差矢量當(dāng)今的GPS接收機(jī)能夠接收發(fā)送參數(shù)的衛(wèi)星一般為4--12顆，所以基于用戶接收機(jī)的觀測(cè)衛(wèi)星的數(shù)量，會(huì)出現(xiàn)兩種定位解算情況：（1）當(dāng)只觀測(cè)到的衛(wèi)星數(shù)為4時(shí)，即N=4此時(shí)能夠不考慮隨機(jī)誤差，求得代數(shù)解。即所以其代數(shù)解為（2）當(dāng)觀測(cè)到的衛(wèi)星數(shù)量在4顆以上時(shí)，即12>N>4此時(shí)隨機(jī)誤差不可忽略，采用最小二乘法求解，即組成法方程對(duì)法方程進(jìn)行求解運(yùn)算，即得矢量X：經(jīng)過上述步驟的解算，就可以計(jì)算出。接著按下面的矩陣就可以計(jì)算出接收機(jī)位置的具體坐標(biāo)值。然而在開始的定位計(jì)算步驟時(shí)，對(duì)于衛(wèi)星剛開始方位的確定相對(duì)簡(jiǎn)略，于是只計(jì)算一次得到的坐標(biāo)值誤差較大，所以需要迭代求解幾次，等能夠得到第（n+1）次求解得到X（t）n+1等于第n次求解得到的X（t）n?；虬凑沼脩粢蟮亩ㄎ痪?，規(guī)定為一個(gè)具體額定值，作為結(jié)果的解決方案。上述算法已經(jīng)能夠計(jì)算求解出GPS接收機(jī)在wgs-84坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，然而這樣的計(jì)算在定位時(shí)既不直觀，也不方便，因此用通常要轉(zhuǎn)換成大地坐標(biāo)系，即大地經(jīng)度，緯度，高度。當(dāng)由空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)時(shí)，通常可采用下式：式中：N——；a——地球橢球長(zhǎng)半徑e——地球橢球偏心率4.4本章小結(jié)本章主要介紹的是該設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)的主要算法，包括溫度脈搏心率傳感器采集信號(hào)的代碼實(shí)現(xiàn)，并且簡(jiǎn)要介紹定位功能的實(shí)現(xiàn)算法。第5章系統(tǒng)環(huán)境配置5.1 IAR軟件的安裝及使用IAR的使用方法：（1）打開IAR軟件后，選擇Project下拉菜單的CreateNewProject，選擇Emptyproject，設(shè)置工程名稱并以.ewp類型保存。（2）添加工程的配置，選擇Options選項(xiàng)，將Device指到文件CC2530.i51中并選擇器件CC2530。點(diǎn)擊左欄的linker，勾選Outputfile的Overridedefault，將.d51改成.hex類型。這樣工程編譯鏈接成功后，工程文件夾寫會(huì)自動(dòng)生成可供仿真器燒寫的.hex文件。（3）添加文件，在IAR新建文件后，將文件以.c類型保存，右擊test_Debug，將剛保存的.c文件添加到工程中，編寫好.c的程序編譯鏈接后就可以燒寫了[8]。圖5.1IAR打開界面圖圖5.2IAR算法編輯界面5.2Setup_SmartRFProgr_1.9.0燒寫軟件的安裝使用只需將其解壓后便會(huì)得到SmartRFProg.exe文件，打開軟件可進(jìn)行程序燒寫。燒寫過程如下：用USB連接線將仿真器與主機(jī)進(jìn)行相連，將傳感器與仿真器連接，當(dāng)仿真器上綠色燈亮?xí)r就可以將程序燒寫到傳感器上[8]。其燒寫界面如下：圖5.3燒寫界面5.3串口調(diào)試助手的安裝使用在串口調(diào)試助手界面，選擇實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的串口號(hào)，設(shè)置串口的波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位等，打開串口便可將網(wǎng)關(guān)機(jī)與電腦相連觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。串口調(diào)試助手界面圖5.4如下：5.4傳感器的使用傳感器是一種把特定的物理量、化學(xué)量、生物學(xué)量等被測(cè)信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)化成能夠用信號(hào)輸出的器件或裝置。傳感器一般由敏感和轉(zhuǎn)換元件組成，以電量的形式輸出信號(hào)。敏感元件是感應(yīng)被測(cè)量的信號(hào)，轉(zhuǎn)換元件能夠?qū)⒈粶y(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于輸出的信號(hào)，使用信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大與運(yùn)算。傳感器具有靜態(tài)特性與動(dòng)態(tài)特性，傳感器的靈敏度、線性度、遲滯、重復(fù)性可以用來描述其靜態(tài)特性。傳感器的選取要適應(yīng)使用的環(huán)境、測(cè)量對(duì)象、測(cè)量誤差大小等因素。5.4.1溫度傳感器溫度是通過物體隨溫度變化的特性間接測(cè)量的。溫度傳感器的原理是熱平衡原理，利用該原理制成各種接觸式的溫度計(jì)。將通過仿真器燒寫好的溫濕度傳感器用USB與電腦相連，待傳感器上顯示燈亮則可以利用該傳感器進(jìn)行溫度采集[8]。溫度傳感器的連接如下圖5.5：圖5.6結(jié)果截圖5.4.2脈搏心率傳感器脈搏是人體的基本生理信息指標(biāo)，脈搏是可以反映人體健康狀況的直觀信息之一。該傳感器通過將脈搏微小的跳動(dòng)放大，將信號(hào)顯示出來。將要實(shí)現(xiàn)的功能代碼燒入傳感器中，再將該傳感器通過USB連接線與電腦相連，待傳感器上顯示燈亮就可以進(jìn)行信息數(shù)據(jù)采集。[7]5.5本章小結(jié)本章主要介紹本設(shè)計(jì)所需的環(huán)境配置，包括軟件的安裝與傳感器的連接與使用。本章也介紹各軟件的使用方法并配有相應(yīng)的截圖。第6章總結(jié)與展望6.1總結(jié)本設(shè)計(jì)中，利用ZigBee無線通信技術(shù)和溫度壓力傳感器制作了便攜式病人監(jiān)控系統(tǒng)，在無線通信技術(shù)中ZigBee具有低功耗、低成本、低速率、短延時(shí)、高網(wǎng)絡(luò)容量等特點(diǎn)。并利用GPRS遙感技術(shù)能對(duì)病人的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠?qū)⑼ㄟ^傳感器采集得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，便于醫(yī)生及病人及時(shí)了解病人的身體狀況。本文中主要介紹了z-stack協(xié)議中ZigBee無線通信技術(shù)，說明對(duì)病人定位的實(shí)施，能夠使用靈敏傳感器來采集病人的生理信息數(shù)據(jù)。而本次設(shè)計(jì)研究主要在實(shí)驗(yàn)室中，利用傳感器采集數(shù)據(jù)信號(hào)。并將數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送到串口，在助手界面顯示出來。若在實(shí)際應(yīng)用的話，還需做許多改進(jìn)之處，并借用本次的研究成果。然而，目前的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)的各技術(shù)還不夠成熟，該便攜式病人監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還存在一些問題，有許多改進(jìn)之處：（1）外界環(huán)境對(duì)傳感器采集信息的影響比較大使得信息的采集數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確。盡量改進(jìn)使影響降至最低。（2）信息在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)信號(hào)的干擾問題，應(yīng)保證信號(hào)強(qiáng)度減弱較少。（3）該便攜式病人監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)增加監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，如血壓，血糖等形成一個(gè)完善的便攜式綜合系統(tǒng)。6.2展望由于資源和時(shí)間有限加之本設(shè)計(jì)的模擬實(shí)現(xiàn)是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下是實(shí)現(xiàn)的，本設(shè)計(jì)的完成實(shí)現(xiàn)還有許多不足之處，以后有條件可以繼續(xù)研究擴(kuò)展該便攜式病人監(jiān)控系統(tǒng)的功能，增加該系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容更全面的了解病人的各項(xiàng)生理指標(biāo)；將組網(wǎng)的覆蓋范圍擴(kuò)大，能夠讓病人的生活空間增大，有更多的活動(dòng)范圍；能夠?qū)x器設(shè)計(jì)的更加精小輕盈，便于病人攜帶；在隨身攜帶的儀器上增加顯示屏，讓病人也能夠隨時(shí)看到自己身體的生理信息變化。畢業(yè)設(shè)計(jì)體會(huì)通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題便攜式病人監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和模擬實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)到許多在大學(xué)期間接觸很少的知識(shí)。從本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選題到最終的定稿，一步步做下來，剛開始著手做該設(shè)計(jì)的時(shí)候，對(duì)于ZigBee無線通信技術(shù)的了解甚少，但經(jīng)過查閱各種資料慢慢熟悉了解ZigBee通信技術(shù)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、拓?fù)涞纫幌盗械闹R(shí)。對(duì)于GPS的技術(shù)也有更多的理解。通過指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)，設(shè)計(jì)也漸漸的完成。作為物聯(lián)網(wǎng)方向的學(xué)生，選擇這樣一個(gè)課題，增加了對(duì)傳感器的了解，對(duì)于數(shù)據(jù)采集與無線傳輸實(shí)現(xiàn)方面的知識(shí)也有所掌握。物聯(lián)網(wǎng)智能方面的發(fā)展前景很好，這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是一次很好的接觸機(jī)會(huì)。一開始對(duì)傳感器的會(huì)用不太了解，然而當(dāng)你真正的花時(shí)間花精力去做設(shè)計(jì)時(shí)，慢慢地就對(duì)傳感器有了一定的了解，但現(xiàn)在對(duì)不同傳感器的工作原理方式還不是徹底了解，在以后漫長(zhǎng)的時(shí)間里定會(huì)更多的了解計(jì)算機(jī)硬件方面的知識(shí)。做設(shè)計(jì)是一種體驗(yàn)，做設(shè)計(jì)報(bào)告又是另外一種體驗(yàn)。做設(shè)計(jì)報(bào)告總是要查閱許多資料，不斷的到學(xué)校圖書館的機(jī)房中，通過知網(wǎng)查找相關(guān)的資料，對(duì)查找來的資料進(jìn)行研讀分析比對(duì)，確定自己設(shè)計(jì)報(bào)告的排版與所要包含的相關(guān)內(nèi)容。我覺得這種學(xué)習(xí)方式是最容易獲取方式的，因?yàn)樽约罕仨毻度氚俜职俚木θプ鲞@件事。隨著時(shí)間的推移，設(shè)計(jì)報(bào)告一點(diǎn)點(diǎn)隨著設(shè)計(jì)的思路與需求逐漸完成，真的能夠感覺自己從中學(xué)到的不單單是做好設(shè)計(jì)那么簡(jiǎn)單，而是讓自己以后能更好的獨(dú)立學(xué)習(xí)，完成獨(dú)立的工作。一個(gè)設(shè)計(jì)研究的完成，想著會(huì)覺得挺簡(jiǎn)單的，但實(shí)際做起來就會(huì)覺得好多東西都是要了解的。大學(xué)期間有這樣的一次設(shè)計(jì)真的是一次很好的體驗(yàn)。

致謝通過這幾個(gè)月的努力，我的便攜式病人監(jiān)控系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)基本完成。雖然這次的設(shè)計(jì)我做的不是很好，但該設(shè)計(jì)的每一個(gè)方面的知識(shí)大體還是都了解的。畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間雖然短暫，但我從中學(xué)到的知識(shí)還是很多的。在這一段時(shí)間里，我和另外兩個(gè)同學(xué)一起做實(shí)驗(yàn)，當(dāng)遇到問題時(shí)會(huì)討論怎么樣解決，找到解決的辦法。當(dāng)然，設(shè)計(jì)的完成也少不了指導(dǎo)老師夏勁偉老師和其他老師的幫助。在便攜式病人監(jiān)控系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，融合了部分大學(xué)所學(xué)課程知識(shí)，將書本知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的設(shè)計(jì)中，能夠真正做到學(xué)有所用，所以我也要感四年以來教過我、給予我很多幫助的老師們。在此，我特別要向我的指導(dǎo)老師——夏勁偉老師致以衷心地感謝，如果沒有夏老師的付出與指導(dǎo)，我也許沒有方向、沒有動(dòng)力，更不知如何下手，如何設(shè)計(jì)。所以，老師就像一盞神燈，照亮了我前方的方向，指引著我前進(jìn)，鞭策著我努力、奮發(fā)！

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