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ZigBee树形无线传感器网络在医院准危重病人实时监护系统中的应用研究

作　者: 威力斯
导　师: 陈佳品
学　校: 上海交通大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 无线传感器网络 ZigBee 树形拓扑准危重病人实时监护
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着现代社会人们生活工作压力的日益繁重，“亚健康”一词逐渐流行，而且诸多高危疾病以及老年慢性病患者年轻化的趋势日益显著，越来越多的人跨入准危重病人的行列，严重影响了人们的健康和幸福感。越来越多的人去医院看病就医导致医院人满为患，医生对病人当面进行诊断与监护这种传统的形式，越来越不能满足广大求医者对了解自身健康状况以及期望得到及时有效治疗的迫切需求，给健康医疗行业带来巨大的挑战。随着科学技术的发展，无线传感器网络相关技术逐渐进入医疗领域，它作为传感器技术、电子技术、网络技术以及无线通信技术相结合的新兴产物，能够实现对病人多种生理参数的远程、实时检测，帮助医院医护人员及时高效地对病人进行远程监护与诊断。ZigBee技术由于其自身所具备的数据速率低、功耗较低、组网方式多样以及网络容量大等特点，使其特别适于应用在医院准危重病人实时监护系统中；ZigBee树形网络拓扑结构相对简单，并且可以实现路由转发等功能，适用于对系统实时性、低功耗等指标有一定要求的远程无线医疗监护场合。基于此，本文全面讨论了ZigBee树形无线传感器网络的设计，包括无线传感器网络节点平台的研究与开发以及其在医院准危重病人实时监护系统中的应用。ZigBee树形无线传感器网络节点平台的设计完全遵循嵌入式系统的设计原则，以高性能ARM7微控制器LPC2136搭配由兼容ZigBee协议的射频芯片CC2520及CC2591所组成的射频模块为硬件核心，以μC/OS-II嵌入式实时操作系统搭载ZigBee协议栈构成节点软件平台，实现准危重病人实时监护系统所要求的各种功能。该ZigBee树形无线传感器网络系统平台通过搭载多生理参数腕式采集器以及远端的集中控制站后，能够很好的应用在医院环境中，实现对准危重病人的实时监护。其中，多生理参数腕式采集器集成了血压、心率、体温、血氧饱和度等多种传感器，能够准确、方便的测量病人的各项生理指标；集中控制站负责管理整个区域内所有病人的数据信息，友好的人际界面和智能的数据库管理可以为操作人员提供极大的便利；而无线传感器网络系统平台则主要负责数据信息的远距离传输，真正的实现了远程医疗监护的目的，减少患者或医护人员在医院的路途奔波，显著提升了医院的工作效率，是医院准危重病人监护系统的核心。本文所设计的ZigBee树形无线传感器网络节点平台，经过通信距离、数据收发以及系统功耗等测试，完全满足医院病人实时监护的应用需求。该平台还具有一定的通用性，通过配合不同的传感器，可以应用于工业、农业、环境监测等多个不通领域中。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
目录  10-13
第一章绪论  13-22
  1.1 项目背景简介  13-14
  1.2 无线传感器网络概述  14-17
    1.2.1 无线传感器网络简介  14
    1.2.2 国内外研究现状  14-16
    1.2.3 无线传感器网络的发展趋势  16-17
  1.3 无线传感器网络在医疗领域的应用  17-20
    1.3.1 远程医疗实时监护简介  17-18
    1.3.2 远程医疗监护国内外研究现状  18-19
    1.3.3 远程医疗监护的意义  19-20
  1.4 本文主要研究内容及结构安排  20-22
第二章 ZigBee 技术概述  22-35
  2.1 无线网络技术对比  22-26
    2.1.1 蓝牙技术  22
    2.1.2 Wi-Fi 技术  22-23
    2.1.3 IEEE 802.15.4/ZigBee 技术  23-25
    2.1.4 无线网络技术比较与选择  25-26
  2.2 ZIGBEE 协议概述  26-29
    2.2.1 ZigBee 节点类型及网络拓扑  26-28
    2.2.2 ZigBee 协议架构  28-29
  2.3 ZIGBEE 树形拓扑简介  29-33
    2.3.1 树形网络拓扑结构  29-30
    2.3.2 树形网络通信规则  30-31
    2.3.3 树形路由机制  31-33
  2.4 ZIGBEE 树形网络在医院实时监护系统中的应用  33-34
  2.5 本章小结  34-35
第三章 ZigBee 树形网络节点硬件平台设计  35-52
  3.1 网络节点设计需求  35-36
  3.2 节点硬件框架  36-37
  3.3 各模块硬件设计  37-51
    3.3.1 节点控制器  37-43
    3.3.2 射频收发模块  43-45
    3.3.3 距离扩展模块  45-48
    3.3.4 射频模块电路设计  48-51
  3.4 本章小结  51-52
第四章节点软件平台设计  52-62
  4.1 软件平台框架  52-53
  4.2 软件开发环境  53-54
  4.3 节点软件开发  54-61
    4.3.1 ZigBee 协议栈框架  54-55
    4.3.2 射频模块驱动程序开发  55-59
    4.3.3 CSMA-CA 机制的实现  59-61
    4.3.4 应用层框架设计  61
  4.4 本章小结  61-62
第五章 ZigBee 网络节点平台在医院实时监护系统中的应用  62-73
  5.1 医院准危重病人实时监护系统框架  62-63
  5.2 医院准危重病人实时监护系统的开发  63-68
    5.2.1 多生理参数腕式采集器  63-65
    5.2.2 集中监护站软件开发  65-66
    5.2.3 ZigBee 节点软件应用层的开发  66-68
  5.3 节点平台测试与验证  68-72
    5.3.1 通信距离测试  68-69
    5.3.2 数据收发测试  69-71
    5.3.3 系统功耗测试  71
    5.3.4 ZigBee 节点平台性能  71-72
  5.4 本章小结  72-73
第六章总结与展望  73-75
  6.1 工作小结  73-74
  6.2 研究展望  74-75
参考文献  75-79
附录 A  79-80
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  80-81
致谢  81

ZigBee树形无线传感器网络在医院准危重病人实时监护系统中的应用研究

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