基於Zigbee的穿戴式無線心音信號監護模塊的製作方法
2023-05-31 11:07:21
專利名稱：基於Zigbee的穿戴式無線心音信號監護模塊的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電子醫療器械領域，特別涉及一種基於Zigbee的穿戴式無線心音信號 監護模塊。
背景技術：
心音信號是人體最重要的聲信號之一，含有關於心臟各個部分如心房、心室、大血管、 心血管及各個瓣膜功能狀態的大量病理信息，是臨床評估心臟功能狀態的最基本參數，是 心臟及大血管機械運動狀態的反映。當心血管疾病尚未發展到足以產生臨床及病理改變以 前，心音中出現的雜音和畸變就是重要的診斷信息。更值得一提的是，心音在心血管疾病 中具有重要價值，是心血管疾病進行無創檢測的重要方法，具有心電圖、超聲心電圖不可 取代的優勢。醫療監護系統能夠對人體生理和病理狀態進行實時的檢測和監視，當病人的 生理機能參數超出設定數值時發出警報，提醒醫護人員或家屬進行搶救。然而，傳統的醫 療監護系統是建立在線纜連接基礎上的，體積大，不便攜帶，要求在病人身邊使用，限制 了病人和醫護人員的行動，增加了他們的負擔和風險。
實用新型內容
本實用新型的目的在於針對現有技術的不足，在於提供一種體積小、功耗低、便攜性 高、成本低的基於Zigbee的穿戴式無線心音信號監護模塊。 本實用新型的目的通過下述技術方案實現
一種基於Zigbee的穿戴式無線心音信號監護模塊，包括可攜式電源管理模塊、心音信 號傳感器、生理信號採集與調理模塊，心音信號傳感器與生理信號採集與調理模塊相連， 其特徵在於所述監護模塊還包括與生理信號採集與調理模塊相連的Zigbee數據無線收發模 塊。
所述Zigbee無線數據收發模塊由晶片CC2430及其外圍電路組成，外圍電路包括電源 電路，晶振時鐘電路，射頻輸入/輸出匹配電路和射頻天線。為了獲得更好的檢測效果，本實用新型對所述心音信號傳感器進行了優化設計，其包 括引出線，引出線連接駐極體，駐極體一極連接空腔，另一極與孔道相通，孔道盡頭包括 螺紋口。
為了便於數據傳輸，為了使無線網絡出現故障時能夠不間斷地監測，基於Zigbee的穿
戴式無線心音信號監護模塊還包括USB通訊模塊和/或RS-232通訊模塊。
所述USB通訊模塊由PDIUSBD12晶片及其外圍電路構成，所述RS-232通訊模塊由 MAX232晶片及其外圍電路構成。
本實用新型基於Zigbee的穿戴式無線心音信號監護模塊實現了醫療監護設備中的相關
生理參數的實時檢測和數據傳輸，提供了更準確的生命體徵信息；用Zigbee技術實現生理
數據傳輸的無線化。
本實用新型與現有技術相比，具有如下優點和效果
1、 本實用新型採用Zigbee技術替代傳統的有線連接，從而使人體處於自然狀態，檢 測得到的信號能夠更真實地反映其生理狀況；
2、 本實用新型採用駐極體心音傳感器，有效的提高了傳感器的靈敏度和精確度，相 比以往的參數檢測，可提供更加便捷的方法來檢測生命體徵信息；
3、 本實用新型實現了對所檢測的生理參數的實時傳輸，病人可以隨身監護、近距離 集中監護以及遠程醫療監護，幫助醫護人員對患者病情進行監測和防護；
4、 本實用新型基於Zigbee技術，體系結果更先進，更利於功能擴展、二次開發和執 行快速複雜的信號檢測和分析處理；
5、 Zigbee技術的成本低廉，基於Zigbee技術的通訊系統具有抗幹擾能力強和多結點 接入功能，使得本實用新型具有低成本、高可靠性的特點。
圖1為基於Zigbee的穿戴式的心音信號監護模塊結構框圖； 圖2為Zigbee無線數據收發模塊框圖3為心音傳感器剖面圖；如圖所示1為螺紋，2為氣孔，3為駐極體，4為空腔，5 為引出線；
圖4為心音傳感器三維圖；圖5為硬體電路原理圖6為基於Zigbee的穿戴式心音信號監護模塊片上軟體系統框圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式 不限於此。. 實施例1
如圖1所示的基於Zigbee的穿戴式無線心音信號監護模塊，包括可攜式電源管理模 塊，、心音信號傳感器、生理信號採集與調理模塊，Zigbee數據無線收發模塊以及RS-232 與USB通訊模塊。所述RS-232與USB通訊模塊預留數據與外界的傳輸功能。其中RS-232 與USB模塊採用MAX3232晶片與PDIUSBD12晶片；所述Zigbee無線數據收發模塊由芯 片CC2430和外圍原件組成，外圍元件包括電源電路，晶振時鐘電路，射頻輸入/輸出匹配 電路和射頻天線。所述心音信號傳感器採用駐極體麥克風作為核心傳感部件。所述生理信 號採集與調理模塊採用晶片LM324。
如圖2所示，Zigbee數據無線收發模塊晶片CC2430同時內嵌了一個高性能51內核的 單片機處理單元、 一個14位的A/D轉換單元和一個RF單元，因此無線通訊模塊同時實現 了生理信號的A/D轉換、數據緩衝、數據無線收發和數據接口控制的功能。
本 實用新型按如下工作原理進行的首先生理信號是由傳感器來拾取的，例如PCG(心 音圖)傳感器來檢測反映心臟生理活動的心聲音信號。以上信號送到生理信號檢測和調理 電路單元，針對信號的特點和要求進行放大、濾波等相關處理，並將信號調整到一定的幅 度(此處位0 :L25V以內)；再經十四位的ZigbeeA/D轉換單元把模擬信號轉換成數字信 號；數據經過Zigbee CPU單元進行簡單的預處理和緩衝，由Zigbee RF單元進行無線傳輸。
如圖3、圖4所示為以駐極體為核心的心音傳感器結構圖；如圖所示l為螺紋，2為氣 孔，3為駐極體，4為空腔，5為引出線。
本實施例的硬體部分原理圖如圖5所示，Zigbee無線數據收發模塊主要由CC2430， MAX3232晶片構成。CC2430晶片以及電感L1、 L2、 L3，晶振Y1、 Y2，電容Cll、 C12、 C13、 C14、 C15、 C16、 C17、 C18、 C19、 C20、 C21、 C22、 C23、 C24，電阻R22、 R23、 R24及接插件P4構成輸入/輸出射頻匹配電路；MAX3232晶片以及電容C1、 C2、 C3、 C4、C5構成RS-232通訊電路；運放U1A以及電阻R3、 R4、 R5、 R6， 二極體D1，發光二極 管LED1構成低壓報警電路。
信號採集與調理模塊通過基於聽診頭和駐極體麥克風的心音傳感器，實現了對心音信 號的拾取，對高頻、工頻幹擾信號進行濾波和抑制，對模擬量進行放大、量程調整和基線 漂移抑制。由於人體信號十分微弱，在檢測人體生理信號的同時存在強大的幹擾，如工頻 50Hz和極化電壓等幹擾。因此，前極採用運放組成信號調理電路，提高由傳感器輸出的信 號強度，後級電路採用廉價的普通運算放大器，對信號進行進一步放大。CC2430同時內嵌 了一個高性能51內核的單片機處理單元、 一個14位的A/D轉換單元和一個RF單元，因 此無線通訊模塊同時實現了生理信號的A/D轉換、數據緩衝、數據無線收發和通用接口控 制的功能。RS-232和USB通訊模塊通過MAX3232晶片和PDIUSBD12晶片，在CC2430 內嵌單片機的控制下，實現了將通過無線方式所收集到的數據上傳至上位機處理系統的功 能。
如圖6所示，基於Zigbee的穿戴式無線心音信號監護模塊的片上軟體部分由嵌入式操 作系統和片上驅動程序構成。片上驅動程序負責RS232協議，USB協議，Zigbee協議的協 議編程，實現對硬體電路底層硬體的相關操作。
嵌入式Zigbee通訊網絡系統採用 Mississippi State University開發的 ZigBeeTM-subset/IEEE 802.15.4 TMMulti-platform Protocol Stack作為協議棧。此協議棧功能完 善，結構簡單，性能穩定，抗幹擾能力強，開發周期短，可移植性強。
片上應用軟體程序符合Zigbee通訊規範，同時實現系統對各種硬體資源的控制。 本實用新型基於Zigbee的穿戴式無線心音信號監護模塊工作原理如下 由PCG (心音圖)信號傳感器來檢測反映心臟生理活動的心音信號。以上信號被送到 生理信號檢測和調理電路單元，針對信號的特點和要求進行放大、濾波等相關處理，並將 信號調整到一定的幅度(此處位0 L25V以內)；再經十四位的Zigbee A/D轉換單元把模 擬信號轉換成數位訊號；數據經過Zigbee CPU單元進行簡單的預處理和緩衝，由Zigbee RF 單元進行無線傳輸。
本實用新型基於Zigbee的穿戴式無線心音信號監護模塊，用Zigbee無線通訊方式替 代常規的有線電纜，能夠同時採集並實時傳輸，內含嵌入式應用軟體，實時檢測人體心音信號。
權利要求1、一種基於Zigbee的穿戴式無線心音信號監護模塊，包括可攜式電源管理模塊、心音信號傳感器、生理信號採集與調理模塊，心音信號傳感器與生理信號採集與調理模塊相連，其特徵在於所述監護模塊還包括與生理信號採集與調理模塊相連的Zigbee數據無線收發模塊。
2、 根據權利要求1所述的基於Zigbee的穿戴式無線心音信號監護模塊，其特徵在於 所述心音信號傳感器包括引出線，引出線連接駐極體，駐極體一極連接空腔，另一極與孔 道相通，孔道盡頭包括螺紋口。
3、 根據權利要求1或2所述的基於Zigbee的穿戴式無線心音信號監護模塊，其特徵 在於所述Zigbee無線數據收發模塊由晶片CC2430及其外圍電路組成。
4、 根據權利要求3所述的基於Zigbee的穿戴式無線心音信號監護模塊，其特徵在於 所述晶片CC2430的外圍電路包括電源電路，晶振時鐘電路，射頻輸入/輸出匹配電路和射 頻天線。
5、 根據權利要求1或2所述的基於Zigbee的穿戴式無線心音信號監護模塊，其特徵 在於還包括USB通訊模塊。
6、 根據權利要求5所述的基於Zigbee的穿戴式無線心音信號監護模塊，其特徵在於 所述USB通訊模塊由PDIUSBD12晶片及其外圍電路構成。
7、 根據權利要求5所述的基於Zigbee的穿戴式無線心音信號監護模塊，其特徵在於 還包括RS-232通訊模塊。
8、 根據權利要求7所述的基於Zigbee的穿戴式無線心音信號監護模塊，其特徵在於 所述RS-232通訊模塊由MAX232晶片及其外圍電路構成。
專利摘要本實用新型公開了一種基於Zigbee的穿戴式無線心音信號監護模塊，包括可攜式電源管理模塊、心音信號傳感器、生理信號採集與調理模塊，心音信號傳感器與生理信號採集與調理模塊相連，其特徵在於所述監護模塊還包括與生理信號採集與調理模塊相連的Zigbee數據無線收發模塊。本實用新型採用Zigbee技術替代傳統的有線連接，從而使人體處於自然狀態，檢測得到的信號能夠更真實地反映其生理狀況，本實用新型基於Zigbee技術，具有抗幹擾能力強和多結點接入功能，使得本實用新型具有低成本、高可靠性的特點。
文檔編號H04N7/18GK201227282SQ20082005124
公開日2009年4月29日 申請日期2008年7月24日 優先權日2008年7月24日
發明者吳效明, 林紹傑, 韓俊南 申請人:華南理工大學