基于ZigBee的脉搏波监测系统设计及其自组网路径优化方法研究

发布时间：2020-06-05 10:56

【摘要】：近年来“人口红利”现象正逐渐衰退,社会呈现老龄化状态,传统养老院的品质及数量已无法满足现代老年人的需要,许多新型养老社区、高端康养公寓正逐渐推出市场,由此对老年人的照顾、安全监护、健康监护提出了更高的要求。同时,伴随着物联网的快速发展,传统有线式医疗监护设备已呈现其局限性无法适应新场所的需要,移动式监护设备也正悄然兴起,基于这二者考虑,在养老社区范围内建立一套老年人健康状态监测系统已具有十分重要的意义。无论在室内或室外便携式设备可以实时获取生理信号并传输至社区健康监控中心,在对老年人日常看护、医疗机构参考数据、提升康养品质等方面有重要的实用价值。本论文设计了一款基于ZigBee的无线脉搏波监测系统,实现了在一定区域内对脉搏波的无线监测功能及脉搏波传导速度(PWV值)~([5])计算功能,以帮助老年社区进行内部监测及对动脉硬化、心脏病等疾病进行分析及预判的能力。同时对于监测数据在多节点传输时ZigBee自组网路径优化问题进行了理论研究,并针对老年公寓等特定区域场所提出了两种优化算法。本文主要工作如下:(1)本文基于对康养社区及老年人双方的需求分析,针对脉搏波这一人体生理健康参数进行了理论分析,并明确了脉搏波传导速度(PWV值)~([5])对老年人的测量意义,提出了脉搏波无线监测系统的总体设计方案。经过与Wifi技术、蓝牙技术的比较,优选出应用于本系统的低功耗ZigBee无线传输技术及微控制单元(MCU)。并对其组网过程进行了研究。(2)在上述组网设计过程中研究了ZigBee技术在路由层的两种算法:Cluster-Tree~([7])算法和AODVjr算法~([7]),指出了前者在养老社区环境下网路传输效率低下问题及后者在实现路由过程中高能耗问题,且指出二者未将节点能量进行考虑的共性问题。本文基于贪心转发算法及节点能量考虑提出了两种优化算法:GPSR-N算法及GPSR-L算法,很好的解决了贪心转发算法路径优化问题,并达到延长组网寿命的目的。(3)根据系统总体设计,依据模块化的设计思想对脉搏波无线监测系统分别进行了上位机及下位机的硬件、软件设计。并挑选上海青浦区某高端康养社区进行实地考察测试,针对三通道传感器数据采集功能、基本通信功能、延时情况、PWV值计算功能、系统整体可行性,设计了室内、室外实验进行验证,实验结果表明,系统能够在室内室外等各种环境下测得设计方案中所需的参数并发送至上位机,成功实现监控并计算出PWV值,给医务人员监测及诊断动脉硬化等疾病提供参考。
【图文】：

特征点,脉搏波,脉搏波传导速度,主动脉壁

煌ù笱Чこ趟妒垦绗宦畚?第二章课题相关技术与原理第 7页图2-1 脉搏波波形和特征点Fig.2-1 Pulse waveform and feature pointsO 称为脉搏波起点，A 为主波，，B 为潮波(重搏波前波)，C 为重搏波波峰，D 为重搏波波谷，O 称为下一个脉搏波传导速度左心室向主动脉射入血液，进而导致主动脉壁扩张，脉搏波起点。OA 为上升支

蜜蜂,对点,无线个人区域网,架构

ee 的基本概念ee 是针对无线传感器的通信协议，出于对市场可接受度、相容性、多方面的影响，且基于 IEEE 802.15.4 低速率无线个人区域网以及的发展，其备受各大厂商的关注，具体架构可参见图 2-3。ee 这一名词的由来，主要源自于，发现花粉的蜜蜂，其将展现与 Z舞蹈。虽然看似属于随意的舞蹈，但事实上是正确的将有蜜蜂、花同伴传达。ZigBee 由 IEEE 802.15.4 小组与 ZigBee Alliance 组织，分标准予以指定。其属于短距离、架构相对简单、消耗功率、传输速术[28]。当前，以 2.4GHz ISM 频段、868MHz 以及 915MHz频段为主的通道分别达到 16、1 以及 10 个[29]。ZigBee 对点对点、主从式运最多的装置连接可达到 255 个，扩充性较高。多在环境安全、家庭图 2-2 各动脉监测点Fig.2-2 Arterial monitoring points
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH77;TN92

【参考文献】