基于Labview的嵌入式多参数无线健康监护系统


基于 Labview 的嵌入式多参数无线健康监护系统
郝真鸣 1,赵龙 1,杨硕 1,梁铁 ,刘秀玲
2 1

(1.河北大学 电子信息工程学院,河北 保定 071002;
2.河北大学 新校区管理与建设办公室,河北 保定 071002)

摘要: 针对健康监护系统实际使用过程中智能性便携性的要求, 提出了一种基于 Labview 的嵌入式 WiFi 无线健康监护系统。详细介绍了在 WiFi 网络基础上硬件结构的搭建以及 Labview 软件平台的设计。无 线智能传感器终端通过 WiFi 网络实时将采集的人体多项生理数据上传至服务器端软件平台进行处理分 析。经过对监护对象血氧、体温、脉率三个重要生理参数的监测实验表明该系统具有很好的实时性和可 行性,有较高的实用价值。 关键词:无线健康监护;wifi;labview;实时性 中图分类号:TP277 文献标志码:A 文章编号:

Embedded Multiparameter Wireless Health care System Based on Labview
HAO Zhen-ming1, ZHAO Long1, YANG Shuo1, LIANG Tie2, LIU Xiu Ling1
(1.College of Electronic and Information Engineering, Hebei University, Baoding 071002, China; 2. Management and Construction of the New Campus Office , Hebei University, Baoding 071002, China)

Abstract: In the light of the requirements of intelligence and portability in the actually operating process of the health care system , this essay proposes an embedded wifi wireless health monitoring system which is based on labview. Introduced the hardware structure and the design of the Labview software platform which is based on the WiFi network in detail.Wireless intelligent sensor terminal uploaded all the kinds of human body physiological data which was real-time acquired through the WiFi network to the software platform for process and analysis. After the monitoring experiment of blood oxygen , body temperature, pulse frequency, three important physiological parameters the results show that: the system has a good performance in practicalness and feasibility, and has a higher practical value. Keywords: Wireless Healthcare; WiFi ; Labview; Practicalness
?

随着无线网络技术和嵌入式技术的快速发展, 无

技术实现了多生理数据的无线传输和处理。同时系统 针对实际需求还设计了诊断报警、用户管理、医嘱留 言等功能。

线智能解决方案也逐渐的应用于现代生活的各个领 域。远程健康监护近几年作为远程医疗的一个重要方 面,随着人们越来越多的关注自身的健康状态而愈加 引起研究者的重视。开发一套便携、智能、可移动的 远程健康监护系统已经成为人们日常监护的迫切需 要。 本系统基于 WiFi 网络构建硬件结构,使用嵌入 式 WiFi 微控制器作为硬件处理核心,利用 Labview 图形化编程语言 设计开发了远程健康监护系统的软 件平台。系统采用数据流编程方式 ,结合 TCP/IP
?

1

系统设计及工作原理
系统总体结构如图 1 所示。将无线智能传感器终

端作为 WiFi 智能节点,无线局域网由 WiFi 节点和无 线接入点组成。生理数据采集终端采集到的监护对象 的各项生理数据经嵌入式 WiFi 控制模块处理后通过 WiFi 无线网络实时上传至服务器端。 服务器端设计的 监护平台给每一个注册的用户分配了唯一的 ID 以实 现数据信息的绑定和识别。用户可以通过监护平台查 看个人相关信息。若某个生理指标值超出预设范围则 系统提示相应的报警信息,此时用户可以选择将异常 的生理信息存储到数据库中便于今后调取分析。另 外,为方便不同用户使用,本系统还分配有医生、病

[1]

[2]

基金项目: 国家自然科学基金 (61074175) ; 科技部国际科技 合 作项目(2008DFR10530) ; 作者简介:郝真鸣(1964-) ,男,山西人,河北大学高级工程 师,主要从事自动化控制、管理等研究。

人、系统管理员三个不同的用户权限。

显的成本优势。 考虑到人体健康状态涉及的指标的多样性,系统 为准确检测到某一时刻监护对象的状态,数据采集终 端选用了能够同时采集血氧、体温、脉率三个生理参 数 的 多 参 数 生 理 传 感 器 模 块 [4] 。 传 感 器 模 块 采 用 RS232 串口通信接口,方便与 WiFi 嵌入式芯片连接。

生理参数采集终端

无线路由

血氧传感器

节 点
N

TCP/IP 协议转 换

信息数据 库

用 户 端
体温传感器 节 点

远 程 传 输 接 收 节 点 AP 服 务 器 端 数据信息管理
INTERNET

3 软件设计
3.1 系统软件结构 本系统软件部分主要包括以下功能模块:(1)TCP 无线通信模块,即通过 WiFi 网络实现数据的无线传 输。 (2)数据处理模块,对多生理数据信息进行处理 分析,并进行波形显示和诊断报警。 (3)用户管理模 块,实现用户登录查看以及用户权限的管理。系统软 件结构如图 3 所示。

数据处理

2

心率传感器

节 点

1

图 1 系统总体结构图

2

硬件设计
本系统选用AX22001嵌入式WiFi单芯片微控制

无线健康监护系统
数据处理模块 用户管理模块 TCP通信模块

器作为硬件核心模块来完成多传感器数据基于WiFi 的数据传输和处理。生理参数传感器模块通过RS232 串口与之连接。硬件结构如图 2所示。

多参数 生理传 感器

AX22001LF 供电电路 802.11RF
数 据 存 储 数 据 预 处 理 显 示 与 报 警 用 户 登 录 医 生 权 限 病 人 权 限 系 统 管 理 员

图2 硬件结构

AX22001 是台湾亚信电子开发的一种 TCP/IP 微 处理器,内置 802.11 无线网络 MAC/基带,包含两个 高性能 CPU(最高主频 80MHZ)及用于代码存储的 1MB Flash,还有 64KB 数据存储器及丰富的外围通 信接口。 其中 MCPU 主要用来运行应用程序及 TCP/IP 协议,WCPU 用于处理 WLAN 协议及以太网至无线 网封装格式的转换。该芯片还提供有 DMA 引擎及专 门的内存架构,用于网络及外设数据的快速传输,同 时支持能提升网络传输带宽的 TCP/IP 硬件加速[3]。 该芯片的最大优点在于其可作为核心芯片搭建应用 系统,省去了以往使用 CPU 外接无线射频模块的繁 琐步骤,降低了系统的开发周期,使用方便,具有明

数 据 采 集 与 检 索

数 据 筛 选

数 据 失 真 度 分 析

权 限 选 择

用 户 注 册

查 看 病 历

监 护 留 言

实 时 监 测

历 史 数 据

用 户 删 除

用 户 修 改

系 统 留 言

病 历 管 理

图 3 系统软件结构

3.2 无线通信模块设计 TCP/IP协议是一个面向连接的传输控制协议[5], 能够实现可靠的连接服务,为数据的无差错传输提供 了保障。Labview 中内置了多种通信协议的标准库函 数,提供了强大的传统程序调试工具和外部程序接口 功能, 利用Labview设计开发WiFi无线通信模块时可以

利用封装好的 TCP vi 函数组件实现 PC 网络接口与硬 件设备的通信,从而替代了传统的网络布线,大大降 低了系统成本。 本模块程序中远程所采集的人体生理指标的数 据通过网络实时的传到服务器端,服务器将接收到的 信息存放到 TCP 接收缓存中[7], 应用程序再从这个缓 存中不断地读取数据进一步处理。作为服务器端,我 们首先指定网络端口和 IP 地址, 并由 “TCP Listen.vi” 节点建立 TCP 侦听、等待连接。当与 wifi 建立连接 后,采用“TCP Read.vi”读出指定长度的由 wifi 模块 传送来的 IP 数据包。在该节点中我们将超时毫秒属 性端置为-1,表示无限等待,以实现实时无间断的读 取数据。如图 4 为 TCP 接收数据程序框图。

ADO 使用通用数据连接 UDL(Universal Data Link)来 获得数据库信息以实现数据库连接。在进行数据库连 接之前我们要先建立名为用户登录系统 .mdb 的数据 库文件,右键单击数据库创建用户登录系统 .udl 文件 然后进行相关的配置工作实现数据库的连接,连接结 果如图 5 所示。

图 5 数据库连接配置

数据库相关的基本操作有创建表格、删除表格、 添加记录、查询记录。这些操作都是通过数据库工具 包中的基本 vi 实现的。 本设计中我们通过对数据库的 各种基本操作进行图形化编程实现用户登录、权限设 置等功能。图 6 为用户登录程序框图。

图 4 TCP 接收数据程序框图

3.3 用户管理模块设计 本文中的数据存储及用户管理模块设计均是采 用数据库方式保存数据。NI 公司开发了用于 Labview 数据库开发的数据库连接工具包 ( Labview Database Connectivity Toolkit)此工具包支持多种基于文件的数 据库以及不同的计算机操作系统下的关系型数据库 管理系统,数据库管理系统将数据存储在表中,表通 过记录和字段来组织和管理数据。每一个表在数据库 中的表名是唯一的,同样表中的字段名也是唯一的。 Labview 数据库开发工具包使用 ADO 数据访问 技术[6],通过使用符合 ODBC 规范的数据库驱动程序 访问数据库。ADO 是 Microsoft 提出的应用程序接口 (API)用以实现访问关系或非关系数据库中的数据。
图 6 用户登录程序框图

3.4 数据处理功能模块 数据处理模块主要完成对传输来的数据的预处理 以及显示、存储和诊断报警。 在数据预处理中,由于现场所采集的数据量较大 为了节省时间和存储空间,在数据采集的同时对数据

进行压缩和解压缩处理。在程序中使用了执行系统命 令VI (System Exec.vi), 嵌入执行软件7z.exe的解压缩 命令, 达到了数据解压缩的目的。同时利用数据库相 关vi函数对数据进行检索和跟踪将有效数据准确传输 至服务器并进行存储。随后根据传感器的数据格式在 程序框图中对数据的校验位设定相应的阈值筛选出正 确的数据进行后续处理。 数据显示界面的实现主要依靠 Labview提供的各 种显示控件,将采集到的数据转换为生理信号曲线, 显示在屏幕上供医护人员、阅读分析并作出诊断。本 系统为多参数无线监护系统,它包含了血氧饱和度、 体温和脉率三个生理参数。以血氧为例,通过编程设 定血氧的上限和下限当采集的数据超出预设范围时会 自动启动报警程序,在前面板上报警部分提示异常的 信号类型以及状态,同时点亮相应的指示灯。图7为数 据处理模块的程序框图。

保存至数据库中。同时还可以转换为管理员用户权 限,为测试用户创建病历并同时发布系统即时消息。 经测试结果表明本系统能准确实时的传输生理健康 信息,并具有便捷,全面的信息和账户管理功能。实 时监护画面如图 8 所示。

图 8 实时监护画面

5

结束语
本文设计并实现了基于 LabVIEW 的无线健康监

护系统多生理数据的无线传输以及处理。系统基于构 建的 WIFI 网络较好的保证了数据无线传输的准确性 和可靠性。本系统并设计完成了一款操作简单、易于 维护且更具人性化的远程医疗中心监护平台。另外此 系统的实现中涉及的相关技术还可以应用于多种现 场控制中进行实时监测,具有良好的应用价值。 参考文献
图 7 数据处理程序框图

4

实验测试
为了验证本系统数据传输的准确性和实时性,在

PC 机上安装 Labview 软件,利用室内的无线路由器 作为 AP[8],配置好 wifi 嵌入式开发板的 IP 地址及网 络端口。在 PC 机上运行此系统作为接收数据的上位 机,将 WiFi 节点布置在合适位置,同时将生理信号 采集终端连接至嵌入式 WiFi 硬件控制模块。用户首 先通过注册创建账号后,经密码验证后登录系统,然 后远端用户将传感器探头佩戴在手指上在进行测试。 屏幕上会实时显示生理参数的波形曲线以及对应的 报警信息。用户可以按下存储按钮将需要存储的数据

[1] 费丽,王博.基于 LabVIEW 的数据采集及测试系统设计.重 庆理工大学学报,2012,40054. [2] 陈锡辉,张银鸿. LabVIEW 8.6 程序设计从入门到精通[M].北 京.清华大学出版社,2007. [3] AX220xx Upper Protocol Developer’s Guide[M/CD].2011. [4]YS2000 数字血氧体温传感器模块用户手册[M].2011. [5] 姚娟,张志杰,李丽芳.基于 LabVIEW 和 TCP 的数据采集系 统设计与实现[J].测控技术与仪器仪表. 2012,07-0072-03. [6] 谷玉海,张桂彬.基于 LabVIEW 的数据存储及报表设计方法 传感与检测技术.北京机械工业学院学报. 2007,01 - 0009 – 03. [7] 谭新,郭兴明.远程医疗中心信号平台的设计与实现 [J].重庆 大学生物工程学院.2008. [8] Lin YH, Jan IC, Ko PC, Chen YY, Wong JM, Jan GJ. “A wireless PDA-based physiological monitoring system for patient transport.”, IEEETrans Inf Technol Biomed. 2004 Dec;8(4):439-47.


相关文档

基于LabVIEW和GSM的多参数无线远程仪器监护系统设计
基于ARM的多生理参数嵌入式监护系统
运动员用多参数无线监护系统的研制
基于嵌入式Linux的生理信息无线远程监护系统
基于LabVIEW和单片机的多功能病房监护系统
基于ARM的多参数监护系统和智能控制器的设计
采用LabVIEW为平台开发多参数病人监护仪自动测试系统
基于PTR2000的多参数无线监护系统的研究
嵌入式Internet技术及其在远程多参数监护系统的应用
基于无线传感器网络的健康监护系统的研究
电脑版