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研究生:尹安賢
研究生(外文):An-Hsine Yin
論文名稱:微型貼片式ZigBee無線生理訊號量測系統之研製
論文名稱(外文):Implementation of The Wireless Micro Patch Biomedical Signal Measuring System Base on ZigBee
指導教授:楊弘吉
指導教授(外文):Hung-Chi Yang
學位類別:碩士
校院名稱:南台科技大學
系所名稱:生物醫學工程研究所
學門:工程學門
學類:生醫工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:106
中文關鍵詞:共平面波導射頻電路心電圖ZigBeeCC2430倒F型天線
外文關鍵詞:CPWRF circuitECGZigBeeCC2430IFA
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本研究提出了一套無線生理訊號傳輸系統,包含了微型無線生理訊號量測貼片、接收端與電腦觀測端。使用者可將貼片貼於胸前的第一導程位置,透過自製的PCB電極與溫度感測器分別量測心電訊號與體表溫度,並將兩訊號輸出至ZigBee射頻晶片CC2430。此晶片內含了8051核心、類比數位轉換器、計時器與發送射頻訊號等功能,因此我們可利用C語言撰寫其韌體,將心電訊號轉為數位訊號並儲存於晶片的記憶體中。透過貼片上自行設計之天線,可將射頻訊號轉換為電磁波發送至遠端接收器,此天線具有共平面波導的饋入結構,並結合倒F型天線形成一體積微小且具良好特性之天線。接收端收到訊號之後會將訊號以RS - 232有線方式送至電腦端,使用者可透過LabVIEW軟體設計的人機介面觀測其心電圖與其體表溫度。本系統具有免持、同時可量測兩種生理參數、量測電極可重複使用與有效量測距離可達50公尺等特色。
A wireless micro biomedical signal transmission system has been designed and implemented in the thesis. This system is including a wireless micro biomedical signal measuring patch, receiver and an observing station. Users can affix this patch on their chest, and the ECG biomedical signal and the body temperature signal are sensed by a self-made PCB electrode sensor and a temperature sensor, and processed by their circuit respectively. These signals are sent into a chipset called CC2430 which combines radio module, analog to digital converter and an 8051 microcontroller. We can build the firmware by C language to transform these biomedical signals to digital signals and then transmit them to the ZigBee access node by ZigBee wireless protocol. And a CPW–fed Invert F Antenna is designed on the patch’s border. Finally, the ECG signal received by the remote node is plotted and shown on computer screen with the LabVIEW software system.
摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iii
目 次 vi
表目錄 viii
圖目錄 ix
第 一 章 序論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 3
1.3 論文架構 4
第 二 章 相關知識背景 6
2.1 高頻電路 6
2.2 短距離無線通訊技術之比較 14
2.2.1 ZigBee簡介 16
2.2.2 ZigBee堆疊介紹 16
2.2. 3 IEEE 802.15.4簡介 17
2.3 心電圖原理 22
2.3.1 心電圖導程 25
第 三 章 材料與方法 26
3.1 系統架構 26
3.2 硬體電路設計 27
3.2.1 心電圖電路 27
3.2.2 溫度感測電路 38
3.2.3 ZigBee無線傳輸硬體電路 40
3.2.3.1 CC2430+CC2591硬體電路設計介紹 40
3.3 韌體架構 41
3.3.1 發射端韌體流程 41
3.3.1.1 類比數位轉換器 42
3.3.1.2 計時器 44
3.3.2 接收端韌體流程 45
3.3.2.1 非同步串列傳輸模式 46
3.3.3 功率設定與耗電量 46
3.4 天線設計 46
3.4.1 CPW饋入線設計 48
3.4.1.1 發射端之CPW參數計算 48
3.4.1.2 接收端之CPW參數計算 50
3.4.2 接收端天線結構 51
3.4.3 天線結構參數對天線特性之影響 52
3.4.3.1 改變饋入線與接地面之間的間距G1 52
3.4.3.2 改變饋入線的寬度W1 53
3.4.3.3 改變右邊接地面的寬度W2 54
3.4.3.4 改變倒F型曲折處終端寬度W3 55
3.4.4 發射端天線結構 56
3.4.4.1 改變饋入線之長度L3 57
3.4.5 實作與量測 58
第 四 章 實驗結果 59
4.1 發射端與接收端實體 59
4.2 數位部分 60
4.2.1 系統取樣與無線傳送之驗證 60
4.3 類比部分 63
4.3.1 心電圖電路驗證 63
4.3.2 溫度感測電路驗證 65
4.3.3 天線實測結果 69
4.3.3.1 接收端天線之實測結果 69
4.3.3.2 發射端天線之實測 72
4.4 心電圖與溫度實測結果 75
4.5 無線傳輸距離測試 78
4.6 討論 78
第 五 章 結論與未來展望 82
附錄 88
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[31] 工研院, “行動式健康照護系統,” 2007.
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