提出一種支持體溫與脈搏監(jiān)測(cè)的ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。采用傳感器終端、無(wú)線路由器和基站3類基于JN5139微控制器的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)定時(shí)收集現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的多路體溫和脈搏參數(shù)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中存儲(chǔ)和管理。該系統(tǒng)具有精度高、連通性好、可擴(kuò)展性強(qiáng)、功耗低等特點(diǎn)。

體溫和脈搏是反映人體健康狀況的重要生理指標(biāo)，對(duì)病人的這些生理指標(biāo)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，可為疾病的正確診療提供重要依據(jù)。隨著傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)受到越來(lái)越多的關(guān)注。其中，基于普通射頻芯片和自定義傳輸協(xié)議的系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單和成本較低的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是可靠性較低、通用性較差；基于Bluetooth協(xié)議的系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸率較高，但作用距離短，功耗高，組網(wǎng)能力弱；ZigBee作為建立在IEEE 802．15．4通信標(biāo)準(zhǔn)之上的低速無(wú)線個(gè)域網(wǎng)（Low-Rate Wireless Personal Net-work，LR-WPAN）協(xié)議規(guī)范，構(gòu)成的系統(tǒng)具有復(fù)雜度低、功耗低、可靠性高、組網(wǎng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為本領(lǐng)域應(yīng)用研究的熱點(diǎn)。

本文提出一種支持體溫與脈搏監(jiān)測(cè)的ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可通過網(wǎng)絡(luò)定時(shí)收集現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的多路體溫和脈搏參數(shù)，并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中存儲(chǔ)和管理，提高了病情監(jiān)測(cè)的效率和質(zhì)量。該系統(tǒng)具有可靠性高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括傳感器終端、無(wú)線路由器和基站共三類節(jié)點(diǎn)設(shè)備，以自組織方式構(gòu)成ZigBee網(wǎng)狀無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，如圖l所示。傳感器終端負(fù)責(zé)檢測(cè)體溫和脈搏，檢測(cè)結(jié)果通過各自的父節(jié)點(diǎn)路由器發(fā)送到基站?；窘柚衔槐O(jiān)控軟件對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示，并可根據(jù)用戶需要顯示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，設(shè)置采樣周期及報(bào)警門限，輸出反映病情變化的記錄報(bào)表和歷史曲線。

2 節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)

2．1 JN5139無(wú)線微控制器

ZigBee節(jié)點(diǎn)設(shè)備的硬件實(shí)現(xiàn)方案主要分為兩大類：一類是將射頻收發(fā)器和微控制器分開，各使用1塊芯片，由用戶根據(jù)設(shè)備類（Coordin-ator、Router、End Device）和功能分別選型，實(shí)現(xiàn)最佳搭配；另一類是將兩者集成在一塊芯片上，可簡(jiǎn)化設(shè)備硬件設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的硬件可靠性。

JN5139是Jennic公司推出的第二代IEEE 802．15．4／ZigBee單片無(wú)線微控制器，內(nèi)含32位RISC CPU、2．4GHz IEEE 802．15．4射頻收發(fā)器、192 KB ROM、96 KBRAM，以及豐富的并口、串口、定時(shí)器、A／D、D／A等接口資源。為提高產(chǎn)品電磁兼容性，將JN5139芯片、16 MHz晶振、128 KB串行Flash存儲(chǔ)器、陶瓷天線等元器件整合成為通用模塊，以其為核心，配以相應(yīng)的外設(shè)、協(xié)議棧和應(yīng)用代碼，便可實(shí)現(xiàn)不同類型的ZigBee節(jié)點(diǎn)設(shè)備。

2．2 傳感器終端

如圖2所示，傳感器終端由JN5139 最小系統(tǒng)、體溫檢測(cè)電路、脈搏檢測(cè)電路組成，采用3．6 V鎳氫電池供電。最小系統(tǒng)包括JN5139模塊、復(fù)位元件R1及C1、狀態(tài)指示燈D1和程序下載接口j1。上電復(fù)位后，JN5139內(nèi)部ROM中的Bootloader自動(dòng)檢測(cè)MISO引腳電平。若為高，則直接將片外串行Flash中的程序代碼加載到片內(nèi)RAM中運(yùn)行；若為低，則進(jìn)入編程狀態(tài)，通過串口0下載PC機(jī)上的最新代碼，并將其寫入串行Flash。

體溫檢測(cè)電路由高精度NTC熱敏電阻RT和精密電阻R3～R5構(gòu)成。JN5139通過使DI01輸出低電平來(lái)控制測(cè)溫電路工作，利用3個(gè)12位A／D轉(zhuǎn)換通道分別測(cè)出3個(gè)點(diǎn)的電位，求出熱敏電阻的阻值，再利用熱敏電阻R-T關(guān)系表及分段線性化公式得到相應(yīng)的溫度。

脈搏檢測(cè)電路包括光電傳感器及其信號(hào)調(diào)理電路，如圖3所示。光電傳感器由紅光發(fā)射管D1和光敏三極管Q1構(gòu)成，兩者相對(duì)安裝于遮光指套內(nèi)。測(cè)量脈搏時(shí)，發(fā)射光中的一部分透過指尖，照射到光敏三極管的受光面，透射光強(qiáng)隨脈搏起伏呈現(xiàn)極微小變化，經(jīng)光敏三極管光一電轉(zhuǎn)換后，輸出直流和微弱交流相疊加的混合電壓信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)隔直、低通濾波和放大處理后，成為峰值接近Vcc／2的模擬脈搏信號(hào)，再由JN5139進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波和周期判定，最終得到以min為單位的脈率值。為解決個(gè)體差異等原因?qū)е旅}搏輸出信號(hào)飽和或過小的問題，發(fā)射管的工作電流由JN5139通過D／A轉(zhuǎn)換器自動(dòng)調(diào)節(jié)。

2．3 無(wú)線路由器和基站

無(wú)線路由器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，本身并不承擔(dān)數(shù)據(jù)采集任務(wù)，因此其硬件僅涉及JN5139最小系統(tǒng)（采用3．6 V直流電源供電），不需額外配置其他外設(shè)。

基站采用上、下位機(jī)結(jié)構(gòu)，如圖4所示。作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的下位機(jī)為JN5139最小系統(tǒng)，上位機(jī)采用PC機(jī)，兩者通過異步串口進(jìn)行通信（波特率為115．2 kbps）。圖中JN5139最小系統(tǒng)和MAX232電平轉(zhuǎn)換器均采用3．6 V盲流電源供電。