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摘要：本系统是以stm32为控制核心，通过体温传感器、脉搏传感器、心电传感器以及血压传感器采集病人的生理信息，经stm32处理后通过Zigbee无线传输模块传送给上位机，上位机可以实时显示并存储病人的体温、脉搏、心电图、血压信息，实现无线监护功能。
关键词：传感器；无线传输；上位机；实时监护
中图分类号：TP311
现在医院中的对病人的监护多采用人工的原始方式，需要护士按病床号依次检查，工作效率比较低，且当异常情况发生时，往往处理不及时，容易发生医疗事故，本无线医疗监护系统可以实现远程实时监护多个病人，提高了工作效率和安全性。在现有的医疗监护系统中，数据传输一般采用有线的方式，各种连线不仅繁琐而且影响病人心情，医疗单位迫切需要一种低成本，高可靠性的无线模式代替有线模式。
基于Zigbee的医疗监护系统是以stm32为控制核心，通过温度传感器、脉搏传感器、心电传感器以及血压传感器采集病人的生理信息，采集的信息经stm32处理后通过Zigbee无线模块传送给上位机，上位机可以实时显示并存储病人的体温、脉搏、心电图、收缩压、舒张压等信息，当体温和脉搏不在正常范围内时，上位机可以自动报警，实现本系统的无线监护功能。
1系统模块的设计
1.1微处理器控制模块。STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。STM32F103增强型时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品，其内置128K的闪存。不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。且其市场价格便宜，具有极高的性价比。
根据本题中要求实现功能多的特点，体现节能及低成本的特点，我们选取的STM32微控制器可以满足系统的要求
1.2体温采集模块。体温采集采用美国DALLAS公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器其具有独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。测温范围－55℃～＋125℃，固有测温分辨率0.5℃。温度传感器可编程的分辨率为9-12位温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒，用户可定义的非易失性温度报警设置应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统，其作为采集体温的传感器可以满足本项目的需求。
我们将DS18B20做成探头式，置于病人腋下，当人体体温超出37.5℃时，上位机报警灯会点亮，同时下位机发出声光报警。
1.3脉搏采集模块。脉搏传感器我们采用了HK-2000A脉搏传感器，采用高度集成化工艺，将力敏元件（PVDF压电膜）、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路集成在传感器内部。具有灵敏度高、抗干扰性能强、过载能力大、一致性好、性能稳定可靠、使用寿命长等特点。访系列脉搏传感器具有完善的信号调理功能，用户在使用时后级不需要再加滤波等电路。HK-2000A型脉搏传感器输出同步于心脏搏动的脉冲信号，可以用于脉率数据的实时采集，模拟信号输出，输出同步于脉搏波动的脉冲信号，当脉搏数大于120或小于50时，上位机上的报警灯会点亮，同时下位机会发出声光报警。
图一脉搏传感器
1.4血压采集模块。血压传感器采用全自动血压计BK6022改装，采用示波法测血压，测量的关键是找到充放气脉动压力波的突变点。检测时通过上位机控制充气泵自动充气，当充气到高于收缩压30mmHg左右时单片机会自动控制电磁阀打开，然会让袖带缓慢的放气，在放气过程中，当袖带压等于收缩压时，振动波幅出现一个极大的跳变，此点对应的即收缩压；当袖带压等于舒张压时，亦出现一个极大的跳边，即舒张压。测量完毕后所测得的收缩压、舒张压会在上位机显示。
图二血压传感器图三心电传感器
1.5心电模块。HKD-10A心电传感器为单导心电图采集模块，模拟信号输出，内部包含了前置放大电路，滤波电路，工频滤波等于电路。输出电压信号，适合各类心电采集产品的。
HKD-10A心电传感器的主要特点与技术参数是模拟电压信号输出；3.6-6VDC供电，非电池供电情况下要求电源全隔离；工作电流5ｍA；信号增益475倍；量程0-4ｍV。
我们通过AD转换读取电压值，并将数据发送至上位机，在上位机上显示心电图。
1.6无线传输模块。ZigBee无线模块中的ZM2410可以实现点对点通信和点对多通信，我们将主机和从机分别配置一个ZM2410，便可实现主从机间的无线通信。其工作频段为2.4GHz，具有250kbit/s、500kbit/s的传输速率，无线传输距离在一公里范围内，并且可以自组织网络。该方案的使用将大大提高医院的医疗信息化水平，减轻了医生护士的负担，具有广泛的市场前景和积极的社会意义。
Zigbee是由Zigbee联盟开发的一种低成本、低功耗、双向近距离无线通信标准。英国Invensys公司、美国的Motolar公司以及荷兰飞利浦公司于2002年共同组成了Zigbee联盟，共同研究开发了基于IEEE802.15.4的短距离无线网络技术即Zigbee技术标准，2006年中国的华为公司也加入了该联盟。优越的性能让Zigbee技术在工业、农业、军事、医疗等领域受到了青睐。
近年来，随着生物医学传感器的小型化、信息处理和无线数据传输技术的快速发展和普及，使得无线医疗监护系统的研制成为热点。各国科研机构和跨国公司竞相开展无线医疗监护系统及其应用研发。其中哈佛大学的CodeBlue系统、法国的CRNS研究机构的MARSIAN项目、NASA阿莫斯实验室和斯坦福大学开发的LifeGuard系统、IBM公司的身体局域网（The body electric）、东芝公司的Lifeminder系统、第一军医大学的单兵生命状态远程监视及定位系统和上海军医大学的无线医疗监护系统等具有代表性。
目前，在医疗监护领域，研究人员已经尝试将Zigbee技术应用与建立无线个人健康监护局域网，其主要是通过Zigbee技术将多个人体生理信息检测装置组网。美国学者EmilJovanov等人实现一种用于监护的无线局域网（Wireless Body Area Network，WBAN），该系统是基于Zigbee技术的多通道遥测系统，集成多种传感器，可以同时采集、分析各种生理数据，并且通过Internet将数据以电子病历的形式存于数据库中，可以用于术后监护或急救。
图四ZM2410电路图
1.7数据显示模块。LabVIEW是虚拟仪器领域中最具普适性的图形化编程开发工具，是当前国际上应用最广效果最佳的数据采集与控制开发软件之一，主要应用于仪器控制、数据挖掘、数据分析与显示等领域，适用于多种不同的操作系统。与以往的高级语言相比，LabVIEW图形化语言编程针对的是非专业程序编制的普通工程设计人员，具有编程简洁、直观性强、人机交互界面友好、数据可视化分析与设备控制能力优等特点。而其自带的VISA子模块，则可更方便、快捷地实现串口编程，完成控制机与仪器之间的连接与控制的功能。
我们主要使用LabVIEW的VISA库函数以及常用的Express VI和图形显示控件来进行上位机的编写。使用VI VISA配置串口将VISA资源名称指定的串口按特定设置初始化，进行分配串口、设置波特率、设置输入数据的位数、设置要传输或接收的每一帧所使用的奇偶校验、设置用于帧结束的停止位的数量等的操作；用VISA写入、VISA读取控件，与下位机进行信息的交互，显示并通过一系列指令自动对下位机操作，进行异常情况的处理。
图五整体监控图
图六LABVIEW程序图
2结论
采用Zigbee模块进行数据的传输，数据传输实现了无线化，简化了线路的铺设工作，为大规模的实际应用创造了条件。采用LabVIEW编写上位机程序，突破了液晶显示硬件条件的束缚，显示的信息量大，其图形化语言更具人性化。ZM2410可以实现点对多通信，也就是说一个上位机可以同时监护多个病人的病情，由于条件限制，我们队只做了一个。如果上升到实际应用上，可以一个病人对应一套设备，医生护士可以在主控室同时监护多个病人，减轻了查房的负担。
参考文献：
[1]刘军.例说STM32[M].北京:北京航天航空大学出版社,2008.
[2]何希才,邹炳强.通用电子电路应用400例[M].北京:电子工业出版社,2005,40.
[3]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M].北京:电子工业出版社,2005.
[4]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2003.
[5]魏永广.现代传感技术[M].哈尔滨:东北大学出版社,2001.
基金项目：本文受国家级大学生创新计划项目资助，项目编号：201210449125。
关键词：传感器；无线传输；上位机；实时监护
中图分类号：TP311
现在医院中的对病人的监护多采用人工的原始方式，需要护士按病床号依次检查，工作效率比较低，且当异常情况发生时，往往处理不及时，容易发生医疗事故，本无线医疗监护系统可以实现远程实时监护多个病人，提高了工作效率和安全性。在现有的医疗监护系统中，数据传输一般采用有线的方式，各种连线不仅繁琐而且影响病人心情，医疗单位迫切需要一种低成本，高可靠性的无线模式代替有线模式。
基于Zigbee的医疗监护系统是以stm32为控制核心，通过温度传感器、脉搏传感器、心电传感器以及血压传感器采集病人的生理信息，采集的信息经stm32处理后通过Zigbee无线模块传送给上位机，上位机可以实时显示并存储病人的体温、脉搏、心电图、收缩压、舒张压等信息，当体温和脉搏不在正常范围内时，上位机可以自动报警，实现本系统的无线监护功能。
1系统模块的设计
1.1微处理器控制模块。STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。STM32F103增强型时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品，其内置128K的闪存。不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。且其市场价格便宜，具有极高的性价比。
根据本题中要求实现功能多的特点，体现节能及低成本的特点，我们选取的STM32微控制器可以满足系统的要求
1.2体温采集模块。体温采集采用美国DALLAS公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器其具有独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。测温范围－55℃～＋125℃，固有测温分辨率0.5℃。温度传感器可编程的分辨率为9-12位温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒，用户可定义的非易失性温度报警设置应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统，其作为采集体温的传感器可以满足本项目的需求。
我们将DS18B20做成探头式，置于病人腋下，当人体体温超出37.5℃时，上位机报警灯会点亮，同时下位机发出声光报警。
1.3脉搏采集模块。脉搏传感器我们采用了HK-2000A脉搏传感器，采用高度集成化工艺，将力敏元件（PVDF压电膜）、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路集成在传感器内部。具有灵敏度高、抗干扰性能强、过载能力大、一致性好、性能稳定可靠、使用寿命长等特点。访系列脉搏传感器具有完善的信号调理功能，用户在使用时后级不需要再加滤波等电路。HK-2000A型脉搏传感器输出同步于心脏搏动的脉冲信号，可以用于脉率数据的实时采集，模拟信号输出，输出同步于脉搏波动的脉冲信号，当脉搏数大于120或小于50时，上位机上的报警灯会点亮，同时下位机会发出声光报警。
图一脉搏传感器
1.4血压采集模块。血压传感器采用全自动血压计BK6022改装，采用示波法测血压，测量的关键是找到充放气脉动压力波的突变点。检测时通过上位机控制充气泵自动充气，当充气到高于收缩压30mmHg左右时单片机会自动控制电磁阀打开，然会让袖带缓慢的放气，在放气过程中，当袖带压等于收缩压时，振动波幅出现一个极大的跳变，此点对应的即收缩压；当袖带压等于舒张压时，亦出现一个极大的跳边，即舒张压。测量完毕后所测得的收缩压、舒张压会在上位机显示。
图二血压传感器图三心电传感器
1.5心电模块。HKD-10A心电传感器为单导心电图采集模块，模拟信号输出，内部包含了前置放大电路，滤波电路，工频滤波等于电路。输出电压信号，适合各类心电采集产品的。
HKD-10A心电传感器的主要特点与技术参数是模拟电压信号输出；3.6-6VDC供电，非电池供电情况下要求电源全隔离；工作电流5ｍA；信号增益475倍；量程0-4ｍV。
我们通过AD转换读取电压值，并将数据发送至上位机，在上位机上显示心电图。
1.6无线传输模块。ZigBee无线模块中的ZM2410可以实现点对点通信和点对多通信，我们将主机和从机分别配置一个ZM2410，便可实现主从机间的无线通信。其工作频段为2.4GHz，具有250kbit/s、500kbit/s的传输速率，无线传输距离在一公里范围内，并且可以自组织网络。该方案的使用将大大提高医院的医疗信息化水平，减轻了医生护士的负担，具有广泛的市场前景和积极的社会意义。
Zigbee是由Zigbee联盟开发的一种低成本、低功耗、双向近距离无线通信标准。英国Invensys公司、美国的Motolar公司以及荷兰飞利浦公司于2002年共同组成了Zigbee联盟，共同研究开发了基于IEEE802.15.4的短距离无线网络技术即Zigbee技术标准，2006年中国的华为公司也加入了该联盟。优越的性能让Zigbee技术在工业、农业、军事、医疗等领域受到了青睐。
近年来，随着生物医学传感器的小型化、信息处理和无线数据传输技术的快速发展和普及，使得无线医疗监护系统的研制成为热点。各国科研机构和跨国公司竞相开展无线医疗监护系统及其应用研发。其中哈佛大学的CodeBlue系统、法国的CRNS研究机构的MARSIAN项目、NASA阿莫斯实验室和斯坦福大学开发的LifeGuard系统、IBM公司的身体局域网（The body electric）、东芝公司的Lifeminder系统、第一军医大学的单兵生命状态远程监视及定位系统和上海军医大学的无线医疗监护系统等具有代表性。
目前，在医疗监护领域，研究人员已经尝试将Zigbee技术应用与建立无线个人健康监护局域网，其主要是通过Zigbee技术将多个人体生理信息检测装置组网。美国学者EmilJovanov等人实现一种用于监护的无线局域网（Wireless Body Area Network，WBAN），该系统是基于Zigbee技术的多通道遥测系统，集成多种传感器，可以同时采集、分析各种生理数据，并且通过Internet将数据以电子病历的形式存于数据库中，可以用于术后监护或急救。
图四ZM2410电路图
1.7数据显示模块。LabVIEW是虚拟仪器领域中最具普适性的图形化编程开发工具，是当前国际上应用最广效果最佳的数据采集与控制开发软件之一，主要应用于仪器控制、数据挖掘、数据分析与显示等领域，适用于多种不同的操作系统。与以往的高级语言相比，LabVIEW图形化语言编程针对的是非专业程序编制的普通工程设计人员，具有编程简洁、直观性强、人机交互界面友好、数据可视化分析与设备控制能力优等特点。而其自带的VISA子模块，则可更方便、快捷地实现串口编程，完成控制机与仪器之间的连接与控制的功能。
我们主要使用LabVIEW的VISA库函数以及常用的Express VI和图形显示控件来进行上位机的编写。使用VI VISA配置串口将VISA资源名称指定的串口按特定设置初始化，进行分配串口、设置波特率、设置输入数据的位数、设置要传输或接收的每一帧所使用的奇偶校验、设置用于帧结束的停止位的数量等的操作；用VISA写入、VISA读取控件，与下位机进行信息的交互，显示并通过一系列指令自动对下位机操作，进行异常情况的处理。
图五整体监控图
图六LABVIEW程序图
2结论
采用Zigbee模块进行数据的传输，数据传输实现了无线化，简化了线路的铺设工作，为大规模的实际应用创造了条件。采用LabVIEW编写上位机程序，突破了液晶显示硬件条件的束缚，显示的信息量大，其图形化语言更具人性化。ZM2410可以实现点对多通信，也就是说一个上位机可以同时监护多个病人的病情，由于条件限制，我们队只做了一个。如果上升到实际应用上，可以一个病人对应一套设备，医生护士可以在主控室同时监护多个病人，减轻了查房的负担。
参考文献：
[1]刘军.例说STM32[M].北京:北京航天航空大学出版社,2008.
[2]何希才,邹炳强.通用电子电路应用400例[M].北京:电子工业出版社,2005,40.
[3]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M].北京:电子工业出版社,2005.
[4]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2003.
[5]魏永广.现代传感技术[M].哈尔滨:东北大学出版社,2001.
基金项目：本文受国家级大学生创新计划项目资助，项目编号：201210449125。