混合Zigbee-Bluetooth无线网关记录仪系统的设计与实现

摘要

Zigbee技术是一种新兴的短距离、低功耗无线技术,是无线传感器网络的首选技术之一,在环境监测、医疗监护、家庭自动化等领域发挥着关键作用。Bluetooth(蓝牙)技术是较为成熟的短距离无线技术,已经广泛应用在各种移动终端进行无线信息交换。若能将Zigbee技术和Bluetooth技术结合使用,一方面是对Bluetooth技术应用的拓展,另一方面,也是更重要的意义在于可以促进Zigbee这种新兴技术的发展。结合健康监护的应用课题,本文提出一种基于Zigbee技术和Bluetooth技术的无线网关记录仪的设计方案,实现了以无线网关记录仪为核心的生理监护系统。
　　该系统由以下三个部分组成:Zigbee生理数据采集节点、混合Zigbee-Bluetooth无线网关记录仪和PC机。其中,无线网关记录仪是整个系统的枢纽部分,实现Zigbee网络与蓝牙微微网的异构;网关记录仪上集成有MicroSD卡,实现数据的分类存储。Zigbee生理数据采集节点采集的被监护者的各种生理参数通过这两种网络发送给远端的PC主机,医护人员在PC主机上实时地观测被监护者的生理信息,从而快速作出反应。
　　系统的设计包括硬件和软件两个方面。在硬件方面,无线网关记录仪以CC2530芯片实现Zigbee模块,以BlueCore4实现Bluetooth模块,并在Zigbee模块集成MicroSD卡,再加上其他的外围电路,如电源管理电路,射频电路等,共同搭建了无线网关记录仪的硬件平台。CC2530芯片是TI公司生产的真正的片上系统(SoC)解决方案,可单独组建Zigbee无线网络节点。因此,本系统还利用CC2530芯片组建了前端的生理数据采集节点。在软件设计方面,在TI提供的Zigbee协议栈的基础上进行应用程序的开发,组建了Zigbee星形网络;融合了Zigbee协议和Bluetooth协议,并嵌入到MCU中;实现了MicroSD卡的读写,并植入FAT32文件系统。最后基于LabVIEW开发平台编写了上位机的用户界面程序,实现生理数据及波形的实时显示和存储以及对生理采集节点的控制和管理。
　　设计完成后,通过与心电采集节点、血氧采集节点和体温采集节点相配合,我们对整个系统进行了测试和分析。实验结果表明,该系统可同时对多种生理参数进行监测、传输和存储,基本达到了预期设计目标,具有一定的实用价值。

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1. 绪论

1.1 课题背景与研究意义

1.2论文的主要研究内容

1.3本文的结构安排

2. 关键技术及设计方案

2.1 Zigbee技术

2.2 蓝牙技术

2.3 系统整体设计方案

2.4 本章小结

3. 无线网关记录仪系统的硬件设计与实现

3.1 无线网关记录仪系统硬件平台框图

3.2 无线网关记录仪的硬件设计和实现

3.3 蓝牙模块的选择和和电路设计

3.4 电源管理电路

3.5 Micro SD卡接入电路设计

3.6传感器节点的硬件设计和实现

3.7本章小结

4. 无线网关记录仪的软件移植及设计

4.1 系统软件流程

4.2 软件开发及调试环境简介

4.3 Zigbee协议分析及应用实现

4.4本章小结

5. PC机端软件设计

5.1 开发平台介绍

5.2 软件实现

6. 系统测试与分析

6.1 测试环境的建立

6.2 网络性能测试

6.3多生理数据监护和存储实现

7. 总结与展望

7.1 本文总结

7.2 工作展望

参考文献

混合Zigbee-Bluetooth无线网关记录仪的研究综述

攻读学位期间发表论文与研究成果清单

致谢