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国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

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基于家庭的无线健康监测系统

议员尼尔马拉，拉姆普丽娅·马亨德兰
印度泰米尔纳德邦梅尔马鲁瓦图尔Adhiparasakthi工程学院欧洲经委会系助理教授
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

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摘要

详细介绍了基于家庭无线健康监测系统的设计与实现。生物医学工程是工程学原理和技术在医学领域的应用。生物医学工程的发展对改善医疗保健诊断、监测和治疗有重要意义。“健康线”的理念是为所有人提供优质的健康服务。这个想法是由一个无电缆生物医学监测系统的愿景驱动的。身体上的传感器监测重要参数(血压、心电图、体温和心率)，并通过无线通信网络将数据传输给医生。定期健康监测(或预防性保健)使人们能够在产生后果之前及早发现和治疗健康问题。特别是对于高危患者和长期应用，这种技术在临床监测中提供了更多的自由、舒适和机会。健康线的理念是为社区提供服务。慢性疾病对医疗费用有重大影响，在人群中很常见。人口结构的变化以及保健和社会护理人员的缺乏迫使我们研究新的创新，这可能会缓解这些挑战。老年人必须经常去看医生，以测量他们的生命体征。 The vital signs include Pulse rate ,Blood pressure,Body temperature ,ECG,etc.

关键字
身体传感器监视器，重要参数，无线传感器网络。

介绍
基于家庭的无线健康监测系统的目标是开发一种低成本、低功耗、可靠、非侵入性和非侵入性的生命体征监测仪，它收集不同类型的身体参数，并将采样参数无线传输给医疗保健专业人员。我们项目的主要部分是设计和构建一个传感和数据调节系统，以获取准确的心率、心电图、血压和体温读数。在数据处理后，我们必须找到一个合适的传输和信号显示的方法。在病人必须接受积极医疗护理或长期持续观察的医院，也需要持续监测。即使病人没有危险，医生仍然需要确认他们的健康状况。最近，住院和医疗的费用是难以想象的高和昂贵。因此，美国、英国等国家的卫生政策已将重点从提供反应性、急性护理转移到提供院外预防性护理。

方法
这个项目的范围是为65岁以上的人建造一个设备。添加这个限制是为了简化我们的项目，并确保在有限的时间和可用资源下可以完成它。由于该设备的目标对象是65岁以上的人，该设备最重要的特点是它必须易于使用。本项目采用的方法是使用非侵入式传感器测量心率、血压、心电图和体温。所使用的传感器价格低廉，患者易于使用。信号调理电路被设计用来滤波和放大信号以提供所需的输出。这些电路中使用的所有元件都是低功耗和廉价的。采集到的数据经过模数转换(ADC)后发送到医护人员的PC。
图像
尽管通信链路得到了改善，尽管先进的通信技术取得了进步，但仍然很少有正常运行的商用无线监控系统，大多数都是离线的，仍然有许多问题需要解决。因此，有必要研究交互式实时无线通信系统的设计和实现的可能性。在我们的项目中，设计和开发了一个通用的实时无线通信系统，用于短期和长期的基于GSM的远程病人监测，应用无线协议。
图像
该系统的主要功能是监测患者的心跳和温度，传感器收集的数据被发送到微控制器。然后通过单片机将结果显示在液晶显示屏上。如果病人的状态出现危险的变化，就会向医生的手机发送消息。降低成本的压力和缩短住院时间的需求正在促进医院和救生救护车中无线患者监控系统的使用。它们对医院内更好的流程管理、卓越的灵活性和更高的效率的贡献进一步强调了无线网络选项对患者监控系统的吸引力。
图像
该装置可用于救生救护车，在到达医院前监测病人的情况。通过这种方法，医生可以在到达医院之前了解病人的病情。这样医生就可以为病人安排任何紧急的必需品。这也可以用于ICU, CCU, MICU和POCCU在医院的情况和脉搏率监测是必要的。通过先进的柔性PCB技术和SMT，我们可以制作适合嵌入患者身体的设备，以便医生即使在偏远地区也可以监测患者。

系统设计
健康追踪器2000结合了无线传感器网络、现有的RFID(射频识别)和生命体征监测技术，可以同时监测生命体征，同时跟踪用户的位置。无线技术的使用使得在所有类型的家庭和设施中安装该系统成为可能。无线电波可以穿过墙壁和织物，通过微型发射机网络将生命体征和位置信息发送到中央监控计算机。这样的信息可以很容易地从互联网上的任何位置访问。
(A)射频无线收发器
本案例设计了一种射频无线收发系统。发射机系统为一级中频(IF)超外差发射机，基带频率为300MHz。接收机使用两级中频下行转换器，首先将RF向下转换到1000mhz，最后转换到300MHz。PORT2的接收功率为10.402dBm。分析表明，当链路距离从0.5 ~ 2.5 km增加时，接收功率从16.054 ~ 2.538 dBm下降;下降几乎是线性的。此外，发射天线(TxGain)与接收功率(IFout)呈线性增加。从预算功率增益分析，link1的功率损失最大，而amp2的功率增益最大。Link1和Amp2对系统的噪声贡献较大，分别为6.380和19.015。
图像
收发机是由发射机和接收机组成的任何设备，它们被组合在一起并共用一个电路或一个外壳。下图显示了射频无线收发器的框图，显示了发射器、无线链路和接收器。收发器启用双工通信模式(半或全)。收发器的各种应用包括wlan、GPS、rf识别系统(RF-IDs)、家庭卫星网络、GSM、卫星电话、蓝牙设备、寻呼机等。收发器电路采用IC芯片实现，朝着小型化、低成本和线性化的方向发展。
(b)微机电系统无线监测系统
诺伍德，MA (06/04/2013) - ADI公司今天推出了一种无线振动传感系统，允许工业系统操作员远程监控生产设备的健康状况，提高系统性能，并降低维护成本。新的网络化系统包括ADIS16229 issensor®无线振动传感器节点，该节点将双轴数字MEMs(微电子机械系统)加速度传感与先进的频域和时域信号处理相结合。传感系统还包括ADIS16000网关节点，该节点使用专用无线协议同时支持多达6个ADIS16229传感器，通过与大多数嵌入式处理器平台兼容的SPI接口进行管理。无线功能可以对难以到达或危险位置的设备进行远程监控，而振动传感和检测节点易于安装到现有基础设施中，并允许持续监测，可用于评估设备性能和计划预测性维护。
预测性维护的主要驱动力是减少工厂系统停机时间，目前依赖于定期脱机性能趋势分析，”模拟设备公司MEMS/传感器组iSensor业务发展经理Bob Scannell表示。基于mems的振动传感器可以持续监测机床、涡轮机、泵、输送机、压缩机、发动机和其他设备，工厂操作员可以接收实时统计性能数据和过程控制反馈，从而防止昂贵的系统关闭。”
ADIS16229是一个完整的传感器节点，具有MEMS振动传感器、射频收发器和嵌入式频域和时域信号处理功能。该设备通过使用512点实值FFT(快速傅里叶变换)、FFT幅度平均和可编程频谱警报直接分析和报告频域特征来捕捉设备性能的变化。FFT记录存储系统为用户提供跟踪随时间变化的能力，并通过多个抽取过滤器设置捕获FFT。
ADIS16000网关节点最多可与六个传感器节点无线连接，然后通过标准SPI接口与大多数嵌入式处理器平台连接。
ADIS16229和ADIS16000主要特性
(i) MEMS无线振动系统:862 MHz至928 MHz
(ii)传感器节点(ADIS16229):双轴±18g MEMS加速度计
(iii) 5.5k-Hz谐振频率
(iv)采样率可达20 kSPS
(v)可编程唤醒捕获，更新周期时间
(六)内部自检，设有状态标志
(vii)单电源操作:3.0 V至3.6 V
(viii)网关节点(ADIS16000)
(ix) SPI到RF功能-管理多达6个传感器节点
图像

结论
设计并开发了一种用于远程患者监测的无线通信系统。该系统的主要功能是监测患者的体温，并通过射频通信将其显示给医生。在该系统中，传输模块通过数字温度传感器连续读取患者的体温，显示在LCD屏幕上，并将其发送给单片机，单片机通过射频模块通过空中传输编码的串行数据。在接收端，接收器用于接收数据，解码并将其馈送到另一个微控制器上，然后显示在LCD屏幕上。
接收器模块被放置在医生的房间里，以无线方式连续显示病人的体温。本文介绍了一种新设计的集成无线监测系统，该系统支持多个无线传感单元的实时数据采集。所选无线收发器功耗较低，支持远距离点对点通信。除了硬件外，嵌入式多线程软件也被设计为无线监控系统的一个组成部分。多线程软件范例的一个直接结果是能够同时进行数据收集、数据查询和无线传输的无线传感单元。设计并实现了可靠的数据通信协议，实现了多个无线传感单元的实时和近同步数据采集

参考文献













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