浅析基于无线传感器的无线医疗设备原理及应用
来源： 作者： 发布时间：2015-09-28 10:48:51 浏览量：
图5：对传感器节点的构成部件做功耗分析的结果表明：传感器节点中最耗能的是无线共模电感器组件。
图6：另一个降低传感器节点功耗的途径是使用专用的超低功率射频组件来代替非专门设计的低功率射频组件。若用IMEC的BAN射频组件替代现货供应的Zigbee这类射频组件来传输未经处理的心电图，能将整个系统功率降低10倍。
无线传感器节点面临的挑战因素
医疗/体育无线传感器网络节点包括：
•一个用来测量人体参数的传感器(如，检查血糖水平)
•一个用来执行某个动作的执行器(如，胰岛素注台庆电感功率电感射)
•一个将模拟传感器的数据转换成数字信号的模拟接口
•一个数字信号处理器(DSP)。实际上，DSP相当于一台微型计算机，若有需要，它能收集所有数据，进行一些计算并做出决定(例如，如果血糖水平大于X，则注射y微升的胰岛素)
•一个无线芯片，用于将数据无线传送到手机或医生的笔记本电脑
•由电池和电源管理电路组成的电源。对某些应用而言，可以增加能源收集设备，如，太阳能电池或振动能转换器。
当你打开电费帐单，发现电视用电最多的时候，你会怎么做?是去买一台节能型LED电视还是缩短电视的收看时间?IMEC和霍尔斯特中心的研究人员对传感器节点无线采取了类似的策略。
超低功耗射频技术
IMEC和霍尔斯特中心开发了几类超低功率(ULP)射频技术，每类技术针对一类不同的应用。这三种射频架构能支持从高到低的数据速率。详细内容见下文。
开发出的第一项技术―基于脉冲的超宽带(UWB)射频技术，它是低功耗和中速数据传送(100千字节/秒~20兆字节/秒)的独特组合。超宽带(UWB)射频适用于传感器数据与流媒体相结合的应用：有两个应用例子，其中一个应用是一款能够与MP3播放器进行通讯的心搏带(当心率在慢跑期间加速时，播放节奏减弱的音乐)，另一个应用是与MP3播放器进行无线通信的助听器。如果将ULP UWB无线射频技术和监测带、助听器和MP3播放器相结合，那么系统功耗小于5毫瓦且具有极佳抗干扰能力。相比用于中速数据传送的商业低功耗无线射频，UWB射频系统的功耗降低了五倍。UWB 无线射频工作在6~10千兆赫的无线电频段。相比工作在2.45 ? G共模电感器Hz ISM频段同类竞争蓝牙设备，它要少很多干扰问题。
UWB射频还有一个用处：定位。无线射频信号覆盖很广，可以通过雷达这类方式确定设备所在位置。能在不需要基础设施或三角测量(要得到准确定位至少需要三台设备)的条件下定位一台设备， 这在许多应用都是一种独特功能。目前，仍需要使用多项技术才能实现内部定位。
图7：通过本地处理(见右图)，减少了需要传送的数据量。
第二类架构是一类窄带BAN射频(图6)，适合于低速数据传送(64，128，256，512和1024KB /秒)，其功耗甚至比UWB射频还要低。该技术针对佩戴在身体上的传感器节点进行了优化。在共模电感器数据传送速率为1Mb/秒的情况下，其接收功耗为1mW，传送功耗为0.9mW，没有占空比。而若是采用Zigbee或其它技术，则系统的功耗会提高10到100倍。窄带BAN工作在2.4GHz ISM或850~950UHF射频波段。
第三种可选技术―唤醒射频―针对极低数据传输速率和超低功耗(持续续工作时为60微瓦)而开发。该射频技术可以和传统射频技术并行工作，在需要接收或发送数据时打开开关。通过工作在这种方式省电。例如，手机上具有蓝牙功能的射频组件会不断寻找蓝牙设备，这样会消耗很大功率。通过将蓝牙射频组件和唤醒射频组件相结合，后者可以在它需要连接到另一个蓝牙设备的时候启动蓝牙无线。一个潜在的医学应用是，将其用于实现需要定期传送数据到医生电脑的植入式传感器。
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