基于ZigBee的老年健康监护系统的研究

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近年来,无线技术获得了快速发展,逐渐从军用转向民用。多种多样的无线技术标准也随着科学的进步而产生,如:Wi-Fi, ZigBee,蓝牙等。伴随着无线技术的发展,一个崭新的研究领域——无线传感器网络成为当今最为关注的课题。这种将传感器技术和无线技术的融合,为远程医疗健康监护提供了很好的解决平台。本文集嵌入式、无线传感网络、ZigBee、计算机等技术于一体,以TI公司推出的CC2430芯片为核心处理器,设计了基于ZigBee的老年健康监护系统。本健康监护系统包括了对老年人的血压、脉搏和体温等生理信息的采集和对老年人跌倒信号的采集;然后通过ZigBee无线网络将采集到的信息传送到网关节点;网关节点通过串口再将数据传送到监护基站,运行在监护基站上的监护软件可以实时将采集到的信息进行显示、存储。本系统可以部署在家庭和养老院等场所,通过从ZigBee网络拓扑结构、网络的覆盖范围和组网的灵活性等方面分析,确定在家庭里采用星形网络拓扑结构,在养老院中采用树形网络拓扑结构。整个系统分为生理参数采集模块、跌倒检测模块、路由节点模块、网关节点模块和上位机监护软件模块。其中跌倒检测模块采用了数字型三轴加速度传感器ADXL345,并根据跌倒过程中加速度的变化特征得出跌倒的判断依据,并利用ADXL345内部中断功能和运动检测功能实现了跌倒检测算法。通过对ZigBee的几种路由算法的分析,本文选用了Cluster-tree+AODVjr路由算法,并对其进行了改进。最后对ZigBee协议软件架构即Z-Stack进行了研究,实现了ZigBee网络的组建和各网络节点的软件设计。
摘要第5-6页
Abstract第6页
1 绪论第14-20页
    1.1 课题背景及研究意义第14-15页
    1.2 老年健康监护系统组网方式及技术的选择第15-17页
        1.2.1 组网方式的选择第15页
        1.2.2 无线通信技术的介绍及选择第15-17页
    1.3 研究内容及论文安排第17-20页
2 老年健康监护系统的组网技术——ZigBee第20-32页
    2.1 ZigBee技术简介第20页
    2.2 ZigBee协议架构分析第20-28页
        2.2.1 IEEE 802.15.4标准第21-24页
        2.2.2 网络层(NWK)第24-25页
        2.2.3 应用层(APL)第25-27页
        2.2.4 ZigBee协议各层帧结构之间的关系及通信原语第27-28页
    2.3 ZigBee技术性能分析第28-30页
    2.4 本章小结第30-32页
3 基于ZigBee的老年健康监护系统方案设计第32-46页
    3.1 系统总体方案设计第32-33页
        3.1.1 系统结构及功能第32-33页
        3.1.2 系统设计要求第33页
    3.2 网络拓扑结构的研究第33-34页
        3.2.1 系统网络拓扑结构第33-34页
        3.2.2 网络设备配置第34页
    3.3 ZigBee网络的建立第34-36页
    3.4 网络路由协议分析第36-45页
        3.4.1 表存储格式及控制分组信息格式第36-39页
        3.4.2 地址分配机制第39-40页
        3.4.3 路由算法分析及改进第40-45页
    3.5 本章小结第45-46页
4 基于ZigBee的老年健康监护系统的硬件设计第46-54页
    4.1 CC2430的无线收发模块硬件设计第46-49页
        4.1.1 CC2430介绍第46-47页
        4.1.2 CC2430的无线收发电路设计第47-49页
    4.2 健康指数的采集节点硬件设计第49-52页
        4.2.1 压脉搏采集节点第49-50页
        4.2.2 体温采集节点第50-52页
    4.3 路由节点和网关节点的设计第52-53页
        4.3.1 路由节点第52页
        4.3.2 网关节点第52-53页
    4.4 本章小结第53-54页
5 基于ZigBee的老年人跌倒检测模块第54-64页
    5.1 跌倒检测方法的选择第54-55页
    5.2 跌倒检测模块的系统硬件设计第55-59页
        5.2.1 ADXL345及其中断系统介绍第55-57页
        5.2.2 跌倒检测模块硬件电路第57-59页
    5.3 跌倒算法研究第59-63页
        5.3.1 跌倒过程中的加速度变化特征分析第59-61页
        5.3.2 基于ADXL345的跌倒检测算法设计第61-63页
    5.4 本章小结第63-64页
6 系统软件设计与系统实现第64-84页
    6.1 系统网络节点的软件开发平台第64页
    6.2 Z-Stack软件架构第64-68页
        6.2.1 TI Z-Stack软件第64-66页
        6.2.2 Z-Stack工作流程第66-67页
        6.2.3 Z-Stack的操作系统第67-68页
    6.3 系统网络的软件设计第68-73页
        6.3.1 网络的形成第68-70页
        6.3.2 本系统各节点的应用程序设计第70-73页
    6.4 基于.net的上位机监护软件设计第73-79页
        6.4.1 监护软件的功能需求分析第73-74页
        6.4.2 监护软件的数据描述第74页
        6.4.3 数据库表设计第74-77页
        6.4.4 监护软件模块化划分第77-79页
    6.5 系统实现及分析第79-82页
    6.6 本章小结第82-84页
7 总结与展望第84-86页
参考文献第86-90页
致谢第90-92页
作者简介及读研期间发表论文情况第92页
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