專門針對高壓氧艙內生命體征多參數監測及健康監護的技術實現問題，提出了一種基于IEEE802．15．4協議的無線傳感檢測技術系統解決方案，闡述了無線傳感檢測系統的體系結構以及主控制節點與生命體征參數采集傳感器節點的硬件設計方法，給出了軟件系統架構、軟件設計流程及監護軟件工作界面，對MAC層幀結構、物理層幀結構及系統時問同步策略進行了詳細分析和設計。該系統樣機已進入臨床實驗階段，文中還給出了患者的臨床檢測數據，并與實用的進口監護設備的檢測數據進行了對比，驗證了臨床應用的可行性。

　　隨著無線通信網絡和傳感器等技術發展，醫療監護技術和方式將發生根本變化。高壓氧艙已廣泛應用于臨床疾病救治，艙內生理監護系統是高壓氧治療過程中對危重病員進行生理指標監護的重要設備。由于高壓氧艙內的特殊環境，現有監護設備對艙內病人的心電、血壓、呼吸、脈搏及血氧飽和度等參數的監護存在局限性，主要表現在：①多個傳感器通過有線的方式和處理器相連接；②獨立的傳感器間缺乏系統整合；③不支持信號的持續采集和數據的實時處理；④分別的監護設備間無法共享無線通信資源。研制一種基于無線傳感技術的可穿戴式多參數監護設備，可更好地適應高壓氧艙特殊環境和臨床救治的需要。該監護儀要求心電、血壓、血氧飽和度、脈搏、呼吸、體溫檢測等電路模塊采用超低功耗器件，并結合硬、軟件省電設計，使氧艙內監護終端可采用電池供電；信號采集轉換后，一方面在艙內監護終端（子機）上顯示，并通過Zigbee等無線傳輸技術將采集信號送入艙外中央監護PC終端（主機）上，實現艙內外同步監測。

　　1系統體系結構與硬件設計

　　小封裝、低功耗、無線通信、安全性和互操作是醫療可穿戴式監護設備設計的基本要求。本文所設計的生命特征監護設備的系統結構如圖1所示。系統主要由監護PC主機、艙外主節點（coor—dinatornode）和艙內的多參數采集傳感器子節點（sensornodes）等三個部分組成，主節點和各子節點之間通過IEEE802．15．4無線通信協議構成一套結構簡單、工作穩定，運行可靠的星型無線通信網絡。

　　主節點主要負責協調高壓氧艙內各無線醫療傳感器子節點與艙外監護主機PC之間的數據通信，提供透明的通信接口。無線通信接口主要功能包括網絡配置和網絡管理兩個方面。網絡配置階段主要完成傳感器節點的注冊和初始化，以確定傳感器節點的歸屬、數量和采樣頻率等。網絡配置完成后，主節點負責無線網絡的維護和管理，包括信道共享、時間同步、數據提取、數據融合與處理等。子節點分別負責心電、血壓、呼吸、血氧、體溫等生理信號的采集、檢測和監護，并通過無線接口向主節點傳輸，進而由監護主機存儲、處理采集數據，主機可按監護要求進行狀態實時顯示和異常狀態告警。

　　1．1主節點硬件設計

　　主控節點結構如圖2所示。它通過串口與PC主機交互數據，通過無線模塊與艙內子節點通信，同時管理和協調艙內各節點的工作時序和同步。其中，微處理器用TI公司超低功耗的MSP430F149，無線通信模塊選用Chipcon公司的2．4GHz頻段射頻低功耗接口芯片CC2420，電源模塊采用DC/DC電源變換模式。MSP430微控制器在16bitRISC核的基礎上集成了RAM和閃存，同時集成了8路A/D轉換模塊、傳輸速度可編程的串口模塊和一個靈活的時鐘子系統，支持多種低功耗操作模式。CC2420芯片與IEEE802．15．4協議兼容，最大數據數率250Kbit/s，可編程控制輸出功率，并支持錯誤校正和加密。MSP430可通過SPI接口和中斷數字I/O線對CC2420進行控制，如圖3所示。

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　　1．2子節點硬件設計

　　傳感器子節點的組成框圖如圖4所示，包含電源模塊、心電與呼吸監測模塊、血壓監測模塊、血氧飽和度與脈搏監測模塊、體溫監測模塊、無線傳輸節點、微處理器模塊、輸入與LCD顯示模塊等8個子模塊，主要執行生命體征參數的采集、放大、濾波和無線傳輸，無線傳輸前，子節點也進行實時分析、特征提取等信號預處理。

　　心電檢測采用三電極胸部檢測方法，選用具有高輸入阻抗、低噪聲、低漂移精密運算放大器AD620作為第一級放大器，并與呼吸檢測電路共用。心電信號經過放大、濾波等處理后，一路進行A/D轉換，用于心電波形顯示；另一路信號送人一個中心頻率為9～18Hz的低Q值帶通濾波器，提取R波并抑制部分干擾，經波形變換后可獲取心率信號。

　　呼吸檢測選用阻抗法，為了降低電極接觸阻抗對檢測結果所產生的干擾，通常選擇雙電極阻抗法，用控制器MSP430集成的PWM產生兩路相差半個周期的62．5kHz方波對呼吸信號進行調制，對調制信號進行放大、解調和濾波后可獲取呼吸信號。

　　血壓檢測采用無創袖套間接方式，可同時檢測收縮壓（SP）、平均壓（MP）、舒張壓（DP）3個血壓指標，其測量范圍為0～250mmHg（0～33．33kPa）。

　　血氧飽和度檢測采用指端脈搏光電檢測法。根據朗伯一比爾定律（Lambert-BeerSlaw），單色光透過均勻溶液后的透射光強與溶液參數有關。還原血紅蛋白與氧結合后，對某一波長色光的吸光系數將發生很大變化。因此，在入射光強度不變的情況下，透射光強度的變化反映了血氧飽和度的變化。在設計時，我們利用MSP430的時鐘控制端口產生邏輯時序控制紅光和紅外光二極管工作，通過檢測透射光強度實現對血氧飽和度的測量。體溫測量采用美國DALLAS公司生產的高精度集成溫度傳感器DS1624，它具有分辨率高（可達0.03℃）、外圍電路簡單、輸出直接為數字信號等特點。

　　兩個微處理器模塊選用兩個MSP43OF149芯片，一個用于實現對各參數采集模塊和LCD顯示的控制；另一個用于無線通信模塊的控制，并與芯片CC2420組成一個無線通信節點。

　　另外，為了減少設備的體積和功耗，艙內終端機采用單色超低工作電壓LCD屏，實時顯示心電、脈搏等生理參數波形。終端設計采用鋰電池供電，工作電壓為+3．3V。