提出一种支撑体温与脉息监测的ZigBee无线传感器网络体系。选用传感器终端、无线路由器和基站3类依据JN5139微操控器的节点设备，经过网络守时搜集现场测得的多路体温文脉息参数，运用计算机进行会集存储和办理。该体系具有精度高、连通性好、可扩展性强、功耗低一级特色。
体温文脉息是反映人体健康状况的重要生理目标，对患者的这些生理目标进行接连监测，可为疾病的正确治疗供给重要依据。跟着传感器技能、嵌入式计算技能和无线通讯技能的开展，依据无线传感器网络的生命体征监测体系遭到越来越多的重视。其间，依据一般射频芯片和自界说传输协议的体系具有完结简略和本钱较低的长处，缺陷是可靠性较低、通用性较差；依据Bluetooth协议的体系数据传输率较高，但效果间隔短，功耗高，组网才能弱；ZigBee作为树立在IEEE 802．15．4通讯规范之上的低速无线个域网(Low-Rate Wireless Personal Net-work，LR-WPAN)协议规范，构成的体系具有复杂度低、功耗低、可靠性高、组网才能强等长处，成为本范畴运用研究的热门。
本文提出一种支撑体温与脉息监测的ZigBee无线传感器网络体系，可经过网络守时搜集现场测得的多路体温文脉息参数，并运用计算机进行会集存储和办理，进步了病况监测的功率和质量。该体系具有可靠性高、可扩展性强、功耗低、本钱低一级长处。
1 监测体系整体结构
监测体系包含传感器终端、无线路由器和基站共三类节点设备，以自安排办法构成ZigBee网状无线传感器网络，如图l所示。传感器终端担任检测体温文脉息，检测成果经过各自的父节点路由器发送到基站。基站凭借上位监控软件对收到的数据进行存储和显现，并可依据用户需求显现网络结构及设备当时状况，设置采样周期及报警门限，输出反映病况改变的记载报表和前史曲线。
2 节点硬件结构
2．1 JN5139无线微操控器
ZigBee节点设备的硬件完结计划首要分为两大类：一类是将射频收发器和微操控器分隔，各运用1块芯片，由用户依据设备类(Coordin-ator、Router、End Device)和功用别离选型，完结最佳调配；另一类是将两者集成在一块芯片上，可简化设备硬件规划，进步体系的硬件可靠性。
JN5139是Jennic公司推出的第二代IEEE 802．15．4／ZigBee单片无线微操控器，内含32位RISC CPU、2．4GHz IEEE 802．15．4射频收发器、192 KB ROM、96 KBRAM，以及丰厚的并口、串口、守时器、A／D、D／A等接口资源。为进步产品电磁兼容性，将JN5139芯片、16 MHz晶振、128 KB串行Flash存储器、陶瓷天线等%&&&&&%整合成为通用模块，以其为中心，配以相应的外设、协议栈和运用代码，便可完结不同类型的ZigBee节点设备。
2．2 传感器终端
如图2所示，传感器终端由JN5139 最小体系、体温检测电路、脉息检测电路组成，选用3．6 V镍氢电池供电。最小体系包含JN5139模块、复位元件R1及C1、状况指示灯D1和程序下载接口j1。上电复位后，JN5139内部ROM中的Bootloader主动检测MISO引脚电平。若为高，则直接将片外串行Flash中的程序代码加载到片内RAM中运转；若为低，则进入编程状况，经过串口0下载PC机上的最新代码，并将其写入串行Flash。
体温检测电路由高精度NTC热敏电阻RT和精细电阻R3～R5构成。JN5139经过使DI01输出低电平来操控测温电路作业，运用3个12位A／D转化通道别离测出3个点的电位，求出热敏电阻的阻值，再运用热敏电阻R-T联系表及分段线性化公式得到相应的温度。
脉息检测电路包含光电传感器及其信号调度电路，如图3所示。光电传感器由红光发射管D1和光敏三极管Q1构成，两者相对装置于遮光指套内。丈量脉息时，发射光中的一部分透过指尖，照射到光敏三极管的受光面，透射光强随脉息崎岖呈现极微小改变，经光敏三极管光一电转化后，输出直流和弱小沟通相叠加的混合电压信号。该信号经隔直、低通滤波和扩大处理后，成为峰值挨近Vcc／2的模仿脉息信号，再由JN5139进行A／D转化、数字滤波和周期断定，终究得到以min为单位的脉率值。为处理个体差异等原因导致脉息输出信号饱满或过小的问题，发射管的作业电流由JN5139经过D／A转化器主动调理。
2．3 无线路由器和基站
无线路由器首要担任数据转发，自身并不承当数据收集使命，因而其硬件仅触及JN5139最小体系(选用3．6 V直流电源供电)，不需额定装备其他外设。
基站选用上、下位机结构，如图4所示。作为网络和谐器的下位机为JN5139最小体系，上位机选用PC机，两者经过异步串口进行通讯(波特率为115．2 kbps)。图中JN5139最小体系和MAX232电平转化器均选用3．6 V盲流电源供电。
3 运用程序规划
3．1 传输帧结构
ZigBee支撑KVP和MSG两种数据帧格局，KVP适用于规范运用结构体系中简略特点值的传输，MSG则更适用于一般运用体系以及需求传输批量数据的场合。本体系选用MSG传输帧，其数据界说如下：
监测体系支撑体温脉息数据帧、采样操控帧、新节点参加指示帧的传输，传输帧的一般格局如下：
3．2 地址形式
每个ZigBee节点均具有仅有的64位MAC地址。网络树立今后，一切参加到网络的新节点都由其父节点动态分配一个16位逻辑地址，尔后，节点之间的通讯默许运用16位逻辑地址。因为节点意外断电、重启等原因，网络中或许呈现一个节点在不一起段具有不同逻辑地址，或不同
节点在同一时段运用同一逻辑地址的景象。为保证数据源辨认的可靠性，将传感器终端的64位MAC地址也作为MSG帧负载的一部分，随MSG帧一起传到基站。基站需事前对传感器终端进行注册，为每个MAC地址树立相应的标识，如住院患者的床位号等。
3．3 软件流程
依据JN5139的各类ZigBee节点设备具有相类似的程序结构，均经过非抢占式简略使命调度器BOS来操控ZigBee协议栈和用户使命的履行，使命之间运用事情进行通讯。ZigBee协议栈担任网络安排与保护、路由挑选、数据传输等作业，而网络初始化设置、数据发送操控、接纳处
理等作业则依托各设备的用户使命来完结。
传感器终端的软件流程如图5所示。
可运用Jennic公司供给的CodeBlocks IDE、C言语编译器、链接器、下载器、IEEE 802．15．4协议栈、ZigBee协议栈、芯片驱动库、BOS操作体系等开发工具和软件资源，完结ZigBee节点运用程序的规划以及代码的生成与下载。
基站上位监控软件选用C++Builder6．O开发，部分功用(如LCD数码显现、二进制串口收发)经过移植Delphi第三方控件完结。监控软件经过串口接纳网络和谐器发来的二进制数据帧，按约好的格局提取源节点MAC地址以及体温、脉息等信息，将其存入数据表并进行实时显现和报警判别。程序中界说了3个数据表，别离存储设备注册信息、网络结构信息和体温脉息信息，各数据表经过设备的MAC地址彼此相关。前史曲线的制作选用TChart控件，网络拓扑图经过TCanvas制作，显现刷新周期为1 s。
4 功用测验
在室内环境下对1个基站、5个无线路由器、10个传感器终端组成的体系进行屡次组网试验和功用测验。图6为基站上位监控软件实时监护窗口的运转界面，该窗口可一起显现5个传感器终端收集的最新数据。
测验成果：传感器终端峰值作业电流为39 mA，休眠状况下电流为0．46 mA，体温丈量精度为土0．1℃(32．0～43．0℃范围内)，脉息丈量精度为±5 bpm(40～220bpm范围内)，数据帧单跳传输间隔不小于20 m。
测验标明，该体系能在ZigBee协议的支撑下快速组成所希望的网状网络结构。节点正常供电情况下，网络能长期坚持杰出的连通性，各传感器终端可以按基站所设定的采样周期，将测得的体温文脉息数据经路由器传送到基站，并运用计算机进行存储、显现和剖析。
试验中发现，任何一个路由器断电后再重启，会形成其部属传感器终端无法接纳基站下达的采样操控指令，而数据上传功用却不受影响。经剖析，这是因为路由器断电后其内存中的街坊表信息丢掉所造成的。处理的办法是，在有新节点参加时将最新的路由器街坊表信息存入片外串行Flash，并在下次启动时从头加载到内存运用。
结语
本文规划的体温与脉息监测体系，选用依据ZigBee的无线传感器网络技能，并以JN5139无线微操控器构建3类节点设备，以较低的本钱完结了体温、脉息参数的分布式无线收集与会集处理，一起具有高精度、高可靠性、低功耗等长处。后续作业包含运用JN5139的接口资源和处理才能支撑更多生理目标的收集，以及进一步验证更大规划监测体系的实用性。
