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                  采用JN5121芯片实现无线医疗传感器节点的设计

                  2021-05-05 17:29 ? 次阅读

                  1 序言

                  无线医疗监护是利用无线通信技术辅助医疗监护的简称。无线医疗监护是利用无线通信技术辅助医疗监护的简称。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,使得无线医疗监护成为热点。

                  Zigbee是一种今年来兴起的无线网络通信技术标准,成本低、功耗低是其突出的优势。其网络容量大,数据交换小,专注于低速率信号穿传输。完全符合基本生理信号的传输要求。

                  本文的主要首先介绍了基于WPAN的无线医疗监护技术,然后介绍了基于JN5121芯片的技术实现,以及试验验证。最后对无线医疗监护网络的发展前景及其存在课题做了展望。

                  2 基于WPAN无线医疗监护技术

                  WPAN是为在小范围内的设备间建立无线连接而开发的无线传输技术,IEEE标准化协会已为此制定了IEEE802.15.x标准.本文涉及的传输技术符合专门针对低速WPAN制定的IEEE802.15.4(Zigbee)标准。

                  采用JN5121芯片实现无线医疗传感器节点的设计

                  图1 无线医疗监护的系统结构图

                  本文提出的构架基于WPAN,即区别于无线远程医疗。本文关注重点在于生理信号采集到生理信号中转部分的无线方式。无线医疗监护方式主要由传感器节点、无线数据传输模块和接受节点构成。接受节点可接人监控中心,或者由以太网、无线广域网等方式接入监控中心,以此构成了完整的医疗监护网络。在此构架下,医用传感器节点可以按照具体情况配置,构成局域或者家庭的无线医疗监护网络,这种构架具有很大灵活性和扩展性。在这个构架中,我们无线通信方式以Zigbee协议为基础,采用JN5121模块作为无线收发节点。图l中描述了无线医疗监护的系统结构图。

                  3 基于JN5121芯片的传感器节点设计

                  3.1 JN5121模块介绍

                  JN5121是Jennic公司推出的一款与IEEE802.15.4兼容的低功耗、低成本的无线微控制器。该模块内置32位的RISC处理器,配置有2.4GHz频段的EEE802.15.4标准的无线收发器,64kB的ROM.96kB RAM,为无线传感器网络应用提供了多种多样的解决方案,同事高度集成化的设计简化了总的系统成本,JN5121内置的ROM存储器中集成了点对点通信与网状网通信的完整协议栈;而其内置的RAM存储器,可以支持网络路由和控制器功能而不需要外部扩展任何的存储空间,内置的硬件MAC地址和高度安全的AES加密算法加速器,减小了系统的功耗和处理器负载。它还支持晶振休眠和系统节能工程。同时提供了对于大量的模拟和数字外设的互操作支持可以方便的连接到用户的外部应用系统。

                  3.2 传感器节点设计

                  无线生理传感器有两部分组成:生理信号采集部分和无线传输部分。生理信号采集我们可以采用我们所需要的各种生理电极对人体的心电、血养饱和浓度、脉搏等等进行册测量。无线模块我们采用集微处理器和RF芯片一体的S0C芯片JN5121, 芯片可以控制整个节点的处理操作、路由协议、同步定位、功耗管理和任务管理。采用该芯片相对于以往Zigbee射频芯片而言,不用外加MCU,有效的节省了芯片外围电路,采用片上芯片方案可以近一步节省几点体积,便于受监护者携带。图2是生理无线传感器方案。

                  图2 生理无线传感器方案

                  4 基本程序设计站的设计

                  JN5121芯片的设计是基于Zigbee协议的,所以首先我们了解一下Zigbee的基本知识。Zigbee协议的物理层以及MAC层都是按照802.15.4的标准制定的,而其网络层和应用层的标准都是Zigbee联盟制定。基于Zigbee协议的实际应用开发,我们只需要调用相应的API函数或者在应用层开发程序代码。本文简单介绍几个需要应用到的重要函数。

                  在Jennic Zigbee协议中一个基本的操作系统(BOS)。它是一个简单的时问调度器。它允许两个任务进程间通过一个简单的信息调度机制进行通信。同事BOS控制Zigbee协议栈任务和用户任务的执行。其中协议栈任务包括:网络层、应用子层APS(Application Sub—Layer)和Zigbee设备对象ZDO(Zigbee Debice 0bjects)的所有进程。通过事件的轮询应用实现进程的调度。整个流程如图3所示。

                  图3 实现进程的调度流程

                  5 试验验证

                  我们采用北京博控公司代理的JN5121-M00模块,信号取用采样频率为150Hz的脉搏信号。无线传输采用点对点方式,试验证明通过Zigbee网络和直接用PC采样得到的结果并没有显著差异。

                  6 结束语

                  本文初步介绍了JN5121模块结构和主要功能,说明了JN5121的基本程序设计流程。提出了JN5121在基于WPAN的无线医疗监护技术中应用的基本构想。

                  无线医疗监护方式可以减少受监护者与仪器之间的连线,得到更好的生理数据同时.可以让受监护者获得更大的活动空间。无线医疗监护方式的诸多优点是无线医疗监护技术发展的动力.随着硬件条件的不断发展,无线医疗监护必将拥有广阔的发展空间。

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                  无线通信测试设备有哪些?其测试条件是什么? 无线通信测试设备有哪些测试地点? ...
                  发表于 04-15 06:18 ? 0次 阅读
                  用于无线通信设备的通用测试方法有哪些?

                  基于微功耗架构的新型微控制器实现便携式医疗监护系统的设计

                  为满足社区、家庭医疗监护的需要,便携式医疗监护系统往往需要在现场采集并存储一些人体生理信号的相关数据....
                  的头像 电子设计 发表于 04-13 17:04 ? 439次 阅读
                  基于微功耗架构的新型微控制器实现便携式医疗监护系统的设计

                  基于计算机软硬件技术实现移动车辆跟踪系统的应用方案

                  无线通信是指车载移动终端与监测点之间的通信,它是整个设计的枢纽。运行车辆的车况信息是不断变化的,要使....
                  的头像 电子设计 发表于 04-13 10:59 ? 423次 阅读
                  基于计算机软硬件技术实现移动车辆跟踪系统的应用方案

                  无线传感器网络中几种无线通信技术的比较分析

                  无线传感器网络中几种无线通信技术的比较分析说明。
                  发表于 04-12 16:01 ? 81次 阅读
                  无线传感器网络中几种无线通信技术的比较分析

                  基于2.4G无线通信和CAN总线技术实现汽车故障诊断仪的设计

                  上电后,首先对CAN模块进行初始化。然后初始化nRF2101,并与接收端建立连接。当发送完CAN数据....
                  的头像 电子设计 发表于 04-12 09:10 ? 357次 阅读
                  基于2.4G无线通信和CAN总线技术实现汽车故障诊断仪的设计

                  中兴发表主题演讲“Next to Rel-17: 5G-Advanced or 6G?”

                  无线通信网络的演进从未停歇,基本保持每十年一次的更新迭代。随着5G基站的大规模部署以及用户终端的普及....
                  的头像 5G 发表于 04-10 11:14 ? 609次 阅读
                  中兴发表主题演讲“Next to Rel-17: 5G-Advanced or 6G?”

                  华为Fellow朱佩英博士发表主题演讲《无尽的前沿:从5G到5.5G》

                  5G商用的速度超出想象,与2019年相比,商用网络增长了18倍达到140多个;终端种类增加了17倍,....
                  的头像 5G 发表于 04-10 10:45 ? 923次 阅读
                  华为Fellow朱佩英博士发表主题演讲《无尽的前沿:从5G到5.5G》

                  基于μC/0S一Ⅱ和LPC2129微控制器实现智能机器人控制系统的设计

                  轮式移动机器人是机器人研究领域的一项重要内容,它集机械、电子、检测技术与智能控制于一体,是一个典型的....
                  的头像 电子设计 发表于 04-09 11:46 ? 11161次 阅读
                  基于μC/0S一Ⅱ和LPC2129微控制器实现智能机器人控制系统的设计

                  软件无线电技术中的关键技术——软件无线电的架构

                  软件无线电(SDR)最初的概念是一种通信技术或者体系结构,而现在SDR,确切地说是软件定义无线电,更....
                  的头像 FPGA之家 发表于 04-08 09:30 ? 514次 阅读
                  软件无线电技术中的关键技术——软件无线电的架构

                  浅谈无线通信的概述与传输模型分类

                  在移动通信网的规划阶段和网络优化期间,最重要的传播问题是路径损耗,它代表大尺度传播特性,具有幂定律的....
                  的头像 微波射频网 发表于 04-07 15:38 ? 392次 阅读
                  浅谈无线通信的概述与传输模型分类

                  分布式多机器人共享单一信道的通信机制实现与应用分析

                  无线局域网(Wireless local-area network, WLAN)是计算机网络与无线通....
                  的头像 电子设计 发表于 04-07 11:42 ? 2126次 阅读
                  分布式多机器人共享单一信道的通信机制实现与应用分析

                  瑞萨电子推出具备蓝牙功能的RX23W模块,适用于物联网设备的系统控制与无线通信

                  全新模块包含的RX23W MCU支持完整的低功耗蓝牙5通信,包括远距传输和2Mbps数据吞吐量。具有....
                  发表于 04-06 16:52 ? 905次 阅读
                  瑞萨电子推出具备蓝牙功能的RX23W模块,适用于物联网设备的系统控制与无线通信

                  温室使用二氧化碳传感器的注意事项

                  现代温室的主要特征是在原有的温室环境的监测与控制系统的基础上,引入了传感器技术、电子技术、物联网技术....
                  发表于 04-06 16:50 ? 201次 阅读
                  温室使用二氧化碳传感器的注意事项

                  基于PXA270嵌入式处理器实现移动智能车辆稽查系统的设计

                  目前我国的公路基础设施建设已进入快速发展阶段,公路里程有了大幅度的提高,在路车辆不断增加。据不完全统....
                  的头像 电子设计 发表于 04-02 15:34 ? 613次 阅读
                  基于PXA270嵌入式处理器实现移动智能车辆稽查系统的设计

                  无尽的前沿:从5G到5.5G

                  5G的商用成果,以及行业新技术的发展,为我们揭示了5G的新前沿。
                  发表于 03-31 17:15 ? 818次 阅读
                  无尽的前沿:从5G到5.5G

                  基于WindowCE的双向启发式搜索算法的改进设计及应用方案

                  路径规划是车载导航仪的重要功能模块。在开发车载导航仪过程中,为了实现路径规划模块,对单车辆路径规划算....
                  的头像 电子设计 发表于 03-31 13:45 ? 330次 阅读
                  基于WindowCE的双向启发式搜索算法的改进设计及应用方案

                  一种协作式步进频域能量检测算法

                  为实现230MHz频段电力无线通信频谱的快速可靠认知,提出一种协作式步进频域能量检测算法。该算法在频....
                  发表于 03-30 13:47 ? 43次 阅读
                  一种协作式步进频域能量检测算法

                  基于嵌入式和无线通信技术的工业通信分布式网络模型的实现

                  在工业控制中,需要将多个独立工作的设备所产生的数据进行汇总,传统的通信方式,主要是采用固定的点与点之....
                  的头像 电子设计 发表于 03-29 11:20 ? 499次 阅读
                  基于嵌入式和无线通信技术的工业通信分布式网络模型的实现

                  基于rfPIC12F675芯片实现环形天线的设计

                  随着无线通信技术的发展和应用,低功耗、便携式微小型无线通信产品也日益受到消费者的青睐。为了能使微小型....
                  的头像 电子设计 发表于 03-28 11:38 ? 707次 阅读
                  基于rfPIC12F675芯片实现环形天线的设计

                  射频电缆的衰减一般与哪些因素有联系

                  射频电缆是传输射频范围内电磁能量的电缆,射频电缆是各种无线电通信系统及电子设备中不可缺少的元件,在无....
                  发表于 03-26 14:07 ? 154次 阅读
                  射频电缆的衰减一般与哪些因素有联系
                  欧美美女的白虎