人體內置傳感器生理參數采集技術
2015-7-6 11:05:12??????點擊：
生理參數采集是指對人在特定環境下靜止或活動時的某些生理參數進行測量、處理和傳送。該技術應用領域廣泛，如醫療、保健、體育、軍事和服裝舒適性評價等。生理參數采集的實現方法是將傳感器置于人體相應部位，以有線或無線方式將傳感器采集到的數據傳送到終端進行處理。
在使用中有線傳輸的方式有時會受到限制，所以有必要研究采用無線方式傳輸數據的方法。如在服裝舒適性評價應用中，主要方法有：在真實環境下對人體表溫濕度的測量；在模擬環境(人工氣候室)下對真人或假人體表溫濕度的測量，根據測量值給出主客觀評價。在進行真實環境下人體穿著動態實驗時，無線數據采集傳輸方式會帶來很大方便。無線傳感器網絡技術發展迅速，將這一技術應用于人體生理參數采集在國內已有相關應用，如提出基于Zigbee技術的無線傳感器網絡在遠程家庭監護中的應用，提出了無線傳感器技術在醫療監護中的應用。本文將結合具體應用，從無線傳感器網絡節點軟硬件平臺選擇、網絡體系結構、MAC層協議、節點低功耗設計等方面分析和設計人體參數采集。
網絡體系結構及協議
網絡拓撲結構主要描述網絡節點的連接模式。人體生理參數采集范圍小，傳感器節點集中，各節點間一般不需要通信。根據這些特點，可以使用星型網絡拓撲結構。在星型拓撲結構中，每個分支節點以點到點的方式連接到中心節點上，當在中心節點與分支節點間大量通信時，采用星型拓撲結構是最有效的。其優點在于能夠將資源集中、網絡易于管理、覆蓋范圍集中、路由算法相對簡單，有問題的節點很容易在不影響其他節點性能的情況下被中心節點隔離掉。
在無線傳感器網絡中，MAC(Medium Access Control)協議決定無線信道的使用方式，在傳感器節點之間分配有限的無線通信資源，對傳感器網絡的性能有較大影響，是保證無線傳感器網絡低功耗工作的關鍵網絡協議之一。人體生理參數采集應用中，傳感器節點周期性采集數據，供電常采用小型紐扣電池，而中心節點一般供電充足，所以采用CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)控制協議。中心節點不關閉射頻模塊，持續接收。傳感器節點定時采樣、發送數據，在需要發送數據時打開射頻模塊，首先對信道進行偵聽，若信道被占用，則退避一段隨機時間后再繼續偵聽，若此時信道沒有被占用，則發送數據，得到確認后關閉射頻模塊，MCU進入睡眠模式，等待下一次定時觸發。
在使用中有線傳輸的方式有時會受到限制，所以有必要研究采用無線方式傳輸數據的方法。如在服裝舒適性評價應用中，主要方法有：在真實環境下對人體表溫濕度的測量；在模擬環境(人工氣候室)下對真人或假人體表溫濕度的測量，根據測量值給出主客觀評價。在進行真實環境下人體穿著動態實驗時，無線數據采集傳輸方式會帶來很大方便。無線傳感器網絡技術發展迅速，將這一技術應用于人體生理參數采集在國內已有相關應用，如提出基于Zigbee技術的無線傳感器網絡在遠程家庭監護中的應用，提出了無線傳感器技術在醫療監護中的應用。本文將結合具體應用，從無線傳感器網絡節點軟硬件平臺選擇、網絡體系結構、MAC層協議、節點低功耗設計等方面分析和設計人體參數采集。
網絡體系結構及協議
網絡拓撲結構主要描述網絡節點的連接模式。人體生理參數采集范圍小，傳感器節點集中，各節點間一般不需要通信。根據這些特點，可以使用星型網絡拓撲結構。在星型拓撲結構中，每個分支節點以點到點的方式連接到中心節點上，當在中心節點與分支節點間大量通信時，采用星型拓撲結構是最有效的。其優點在于能夠將資源集中、網絡易于管理、覆蓋范圍集中、路由算法相對簡單，有問題的節點很容易在不影響其他節點性能的情況下被中心節點隔離掉。
在無線傳感器網絡中，MAC(Medium Access Control)協議決定無線信道的使用方式，在傳感器節點之間分配有限的無線通信資源，對傳感器網絡的性能有較大影響，是保證無線傳感器網絡低功耗工作的關鍵網絡協議之一。人體生理參數采集應用中，傳感器節點周期性采集數據，供電常采用小型紐扣電池，而中心節點一般供電充足，所以采用CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)控制協議。中心節點不關閉射頻模塊，持續接收。傳感器節點定時采樣、發送數據，在需要發送數據時打開射頻模塊，首先對信道進行偵聽，若信道被占用，則退避一段隨機時間后再繼續偵聽，若此時信道沒有被占用，則發送數據，得到確認后關閉射頻模塊，MCU進入睡眠模式，等待下一次定時觸發。
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