基于zigbee的心电监护节点设计与实现

【摘要】人体生命体征参数中心电信号引人注目。如何简便、快捷、有效的检测心电信号成为目前值得思考的重要问题。我们设计一种基于Zibeede心电信号采集节点，采用BMD101芯片对采集到的心电信号进行预处理，采用cc2530芯片实现处理模块与监测模块的Zigbee通信，最终在上位机显示心电信号波形，完成心电信号的无线监测过程。

【关键词】心电;zigbee;信号采集

一、引言

由于心脏病的突发性，造成较高的死亡率，心电图作为诊断心脏状况的重要指标，其获取显得尤为重要。目前的心电监护设备基于传输方式分为两类，一类是有线传输的设备，主要应用于医院等大型医疗机构;一类是基于蓝牙、移动通信网、Zigbee等无线方式心电信号传输设备。由于前者检测线路复杂，体积庞大，患者只能通过在医院进行检测，随着人们生活水平的提高，体积小、携带方便的便携式无线传输心电监测节点引起了人们广泛的关注。我们设计一种基Zigbee的心电监测节点，能够方便快捷的获取人体心电信号。

二、心电节点的构建及原理

由于人体体表心电信号非常微弱，一般只有0.01-5mv，频谱能量主要集中在0.25-35HZ之间，加上来自外部和人体内部器官的干扰，易使人体心电信号发生改变[1]。这些叠加在心电信号中的干扰主要有工频干扰、基线漂移、电极接触噪声等[2]，所以在将心电信号放大之前，需要进行滤波去噪等处理。

该节点系统的框图如图1所示，包括前端采集模块、微处理器模块、无线发送模块、无线接收模块及波形显示模块。由标准双极导联采集人体心电信号，经由BMD101芯片对信号进行滤波、放大、反馈补偿等处理，信号被发送至CC2530芯片以进行信号的Zigbee发送，在接收端，接收到的心电波形通过waveshow显示在电脑终端。

图1 心电节点系统结构框图

图2 BMD101接口示意图

三、心电节点硬件设计

1.心电节点采集处理模块

人体心电信号属生物医学信号，具有强度弱、频率低、易受干扰等特点[3]。针对该特点，在进行心电信号的前端采集时需将信号提升至A/D输入口的幅度要求;对工频干扰、基线漂移及肌电干扰做滤波处理[4]，放大后的信号做A/D转换。我们采用的Neurosky生物信号检测和处理的片上设备BMD101芯片，可有效地检测心电信号，具有极低的系统噪声和可控增益，并使用16位高精度ADC模数转换。

BMD101接口示意图如图2所示。其中VDD引脚3.3V供电，将RESET、CS和RX引脚悬空。SEP引脚和SEN引脚是信号输入引脚，连接心电信号，芯片处理后的数据通过TX引脚传输出来。

2.心电节点无线射频模块

该模块由CC2530芯片实现完成心电信号的信号的Zigbee通信，其基础电路如图3所示，包括通过A/D口控制传感器模块进行数据采集;控制无线射频模块完成数据收发;通过I/O口控制主机。

图3 CC2530基础电路

图4 心电节点协调器模块硬件结构示意图

图5 Z-Stack工作流程

3.心电节点协调器模块

该模块主要由CC2530和FT232构成。将Zigbee发送过来的数据接收后通过FT232，用USB转串口与PC相连，通过上位机软件显示心电波形数据。图4为该模块硬件结构图。

四、心电节点软件设计

1.Zigbee发送接收程序设计

作为该节点的无线通信模块是通过CC2530实现的，它是基于TI公司提供的Z-Stack协议栈进行开发[5]。Z-Stack协议栈工作流图如图所示，由main（）函数开始执行，有启动代码完成协议栈软件架构和硬件系统各模块初始化，包括栈内存初始化、板级I/O初始化，HAL驱动初始化等。之后进入任务轮转查询主循环，系统接下来按照流程图进行循环查询。其工作流程如图5所示。

2.心电信号波形显示模块

上位机接收到的心电信号波形通过waveshow系统软件显示。它是在用vc6.0自编的一个类似示波器的界面，信号用正弦信号模拟，可调节显示的幅度时间，可对信号进行暂停观测。我们通过该系统软件实现心电信号的波形显示。

五、结果分析

经过前端信号的采集，BMD101对心电信号处理，经由CC2530实现Zigbee传输，最终通过wave show软件显示采集到的心电波形如图6所示：

图6 心电信号结果显示

六、结束语

针对人体体征信号中心电信号的获取及Zibee传输节点，完成了在软件及硬件的设计，最终在上位机显示心电信号的波形。在实际测试中实现对心电信号的检测，心电信号显示稳定。该节点功耗低、体积小、精度高，为心电信号的进一步处理奠定了基础。

参考文献

[1]田文涛，李鸿强.计算机工程与应用[J].人体心电监护物联网节点研究与实现，2011，47（4）.

[2]田蕴青，孙晓静.心电图自动诊断系统的制志[J].中国医疗器械杂志，2011，25（4）：204-206.

[3]凌秀泽，秦荪榛，徐寅林.心电信号无线传输网络节点的研究与实现[J].南京师范大学学报，2012.

[4]周立波，梅大成，候小凤，等.新店采集电路的设计与实现[J].信息技术，2011（10）：130-132.

[5]贺志龙.基于Android平台的Zigbee协调器的设计与实现[J].广东通信技术，2013，33（1）：20-23.

作者简介：赵艳霞（1987―），女，重庆邮电大学光电工程学院硕士研究生，研究方向：电路与系统。