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浅析根据低功耗蓝牙技能的新式便携医疗设备设计计划

功耗问题是当前便携式医疗设备所面临的最棘手的问题之一。蓝牙低功耗技术有望解决这一问题。无线技术一直在取代电线电缆,并通过非卧床病人监测器大大

功耗问题是当时便携式医疗设备所面对的最扎手的问题之一。蓝牙低功耗技能有望处理这一问题。

无线技能一向在替代电线电缆,并经过非卧床患者监测器大大提高了患者的可活动性。现在,便携式患者监测器、输液泵、手术脚踏开关以及其它许多医疗设备都有运用无线技能来坚持与监测和信息体系的衔接。

便携医疗设备现在所面对的难题之一便是功耗问题。无线衔接的功耗要求约束了架构和运用。

图1 蓝牙低功耗芯片组现有两种版别

感谢蓝牙4.0版规范中推出了蓝牙低功耗技能,然后有望处理功耗难题。蓝牙技能正在逐渐深化规划人员和顾客之中。Microsoft和Apple最近都宣告支撑这项新技能,这意味着这项技能将在规范核算和通讯渠道中被广泛运用。截止当时,无线医疗运用一向依靠定制零部件和渠道完结低功耗,现在总算到了布置真实的低功耗无线医疗运用的时分了。

蓝牙低功耗技能与其它无线技能有所不同,因为它将一项从最一开始就针对超低功率电池而规划的规范化技能和根据传感器数据收集的新架构结合在了一同。蓝牙低功耗技能还将被集成到大多数便携设备中。

蓝牙特别兴趣小组(SIG)工作组现已推出了针对医疗护理、健身和医疗设备运用的装备文档,而且还在着手推出运用于其它范畴的装备文档。虽然这些蓝牙设备不能直接兼容IEEE 11073,但SIG正在起草一份白皮书,将具体地介绍怎么进行数据转化和兼容映像,以便让选用IEEE 11073规范的体系也能运用蓝牙数据。

据蓝牙SIG猜测,蓝牙低功耗技能在未来短短几年内将被用于10亿多产品中,运用范畴包括:

手机配件 >100亿

智能动力(计数和显现)约10亿

家居主动化 > 10亿

医疗、保健、运动健身 >100亿

辅佐起居 >500亿

动物符号 约10亿

P2P智能运输体系>10亿

I工业主动化/M2M>100亿

共同之处

蓝牙低功耗技能是蓝牙中心规范4.0(Bluetooth v4.0)的中心。蓝牙低功耗技能连续了传统蓝牙技能的许多技能特性,能供给老练安稳、牢靠的衔接。蓝牙低功耗技能的新特性支撑事情驱动数据收集、挨近感应和时刻同步。但是在许多方面,蓝牙低功耗技能是一项新的无线技能。蓝牙4.0的底子不同之处在于它被规划用于传送小批量的数据,而不是像传统蓝牙技能相同供给间歇性的数据流衔接。例如,传统蓝牙技能支撑耳机和音频数据流,而蓝牙低功耗技能形式没有这个功用。蓝牙低功耗技能的特征之处在于面向小型设备的有用发现和衔接设置、短数据包和不对称规划。

图2 蓝牙低功耗技能用40通道替代了传统蓝牙技能的79通道

可完结的最低功耗。从物理规划到运用形式,一切都是环绕坚持最小功耗而规划。为了下降功耗,蓝牙低功耗设备大多数时刻都处在睡觉形式。当有事情产生的时分,设备会被唤醒,并会有一条短信息被发送至网关、PC或智能机。最大/峰值功耗小于15mA,均匀功耗约为1μA。有源功耗被下降至传统蓝牙技能功耗的10分之一。在低占空比运用中,一块扣子CR2032电池能够用上5-10年。

本钱有用和兼容。为了让小电池供电设备与传统蓝牙技能兼容和完本钱钱有用,有两类芯片组:

包括蓝牙低功耗和传统蓝牙功用的双形式技能

优化用于小电池供电设备的单一蓝牙低功耗技能,首要为了完结低本钱和低功耗

图3.解说了有3路802.11b/g (无线LAN)通道状况下的AFH(自适应跳频)操作。3路播送信道以及37路数据通道中的9路数据通距离散布在那些被无线LAN运用的通道之间。

老练安稳、安全性和牢靠性。同传统蓝牙技能相同,蓝牙低功耗技能也运用自适应跳频(AFH)技能,以便在家庭、工业及医疗运用中喧闹的RF环境下完结安稳的传输。为了将本钱和功耗最小化,蓝牙低功耗技能将传统蓝牙技能所选用的79个带宽1MHz的通道减缩成了带宽2MHz的40路通道。

无线共存

蓝牙技能、无线LAN、IEEE 802.15.4/ZigBee和许多专有无线技能都运用无需颁布许可证的2.4GHz工业、科学和医疗(ISM)频段。这么多技能在一个相同的无线空间内运用相同的无线频段,搅扰的存在会下降无线功用(推迟和吞吐量),因为需求进行纠错和从头传送。在要求很高的运用中,能够经过频率规划和特别的天线处理方案来下降搅扰。传统蓝牙技能和低功耗蓝牙技能都选用了AFH,这使得蓝牙传输安稳而牢靠。AFH还使得蓝牙技能对其它无线ISM波段射频技能的搅扰也最小化。

图4.发送播送信息的设备会周期性地送出信息,而且在树立衔接之后总是做为从设备。扫描仪随时预备承受播送信息和衔接恳求,并在树立衔接之后总是做为主设备。

衔接规模

比较传统蓝牙技能,低功耗蓝牙技能的调制办法略有不同。调制方法的差异使得低功耗蓝牙技能经过凭借一个10dB的无线芯片组能支撑高达300米的衔接规模(此刻功耗最大)。

运用和集成简单化

低功耗蓝牙处理方案一般根据主/从机制。将一个主设备与多个从设备相衔接。一个设备能够是主设备或是从设备,但它不能便是主设备又是从设备。低功耗蓝牙技能没有涣散网拓扑。从设备的答应通讯频率由主设备操控,只要在主设备要求的状况下,从设备才会与之通讯。

低功耗蓝牙技能的一个新特性便是“播送”功用(图4)。从设备能够经过这一途径来宣告它有信息要传送给主设备。一条播送信息能够包括某个事情或某个测量值。播送功用能够被用来完结一个跌倒检测器,检测器能够播送它的救助信息,并在此一同将跌倒者的方位发送出去—这一切都无线完结。

软件架构

低功耗蓝牙技能中的一切参数的状况都能够经过特点协议进行拜访。一切特点由描绘信号值、陈述格局、客户装备等的特性来进行表述。例如,电池可能有以下特性:

Level: 0–100%

电池量 0-100%

状况:未被运用、充电中、充电完结、放电、需求立刻替换电池、立刻充电

在通用特点装备文件(GATT)服务组中,特性和声明被放在一同,用于确认一切设备已有的规范特性调集。在通用拜访装备文件(GAP)衔接中,对发现才能、衔接才能和绑定进行了描绘。经过这些特点,能够树立无数个根本服务和装备文件。以下为一些根本服务和装备文件的示例:

挨近感应

找到方针

时刻

电池

主动I/O

建筑物主动化(温度、恒温、湿度)

照明(开/关开关、调光器)

长途操控器

健身(计步器/活动监测器,心率监测器)

医疗设备(血糖计、测重计,等)

图5. 在家中运用医疗蓝牙低功率技能的形式

运用形式示例。因为蓝牙低功耗技能下降了功耗和本钱,因而能够完结从家庭到医院的许多医疗运用形式。充血性心力衰竭(CHF)患者能够运用各种类型的传感器和他的手机,经过图5中所示的运用形式,在家中记录下数据和确认病况的发展趋势。

图6中所示的架构和图5相似。根据蓝牙技能的实力,根据状况将低功耗蓝牙或传统蓝牙技能用于医院中的重要生命痕迹监测器。

总结

图6 医疗蓝牙低功耗技能在医院中的运用形式示例

蓝牙低功耗技能是强壮的运用催化器,将改动咱们的无线运用体会。其低功耗和低本钱以及其老练安稳的通讯技能,使得其成为家庭及医院低功耗医疗运用的抱负挑选。

跟着这项技能在绝大多数移动设备中被运用,因而有时机运用现成的可用便携设备来完结新的运用形式,使得这些渠道能支撑更丰厚的用户接口和通讯功用。

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