用于生理參數(shù)監(jiān)測的一對多無線數(shù)據采集通訊方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于生理參數(shù)監(jiān)測的一對多無線數(shù)據采集通訊方法，系統(tǒng)包括發(fā)射端和接收端，發(fā)射端包括無線收發(fā)模塊、緩存模塊、數(shù)據采集電路，接收端包括無線接收模塊、索取順序設置模塊、ARM單片機、以及USB模塊，方法步驟：a)獲取每個發(fā)射端的傳感器的采樣頻率，設置索取采集數(shù)據的順序；b)對順序中的第一數(shù)據發(fā)射端發(fā)送控制指令；c)第一數(shù)據發(fā)射端發(fā)送確認信息包；d)接收端修改數(shù)據地址或通道到下一個發(fā)射端；e)接收端對下一個數(shù)據發(fā)射端發(fā)送控制指令；f)下一數(shù)據發(fā)射端發(fā)送確認信息包；g)接收端判斷數(shù)據是否索取完畢，是則結束，否則進入步驟d。本發(fā)明可以消除數(shù)據發(fā)射端相互影響的可能，提高了通訊速率和質量。
【專利說明】用于生理參數(shù)監(jiān)測的一對多無線數(shù)據采集通訊方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通訊【技術領域】，具體涉及一種用于生理參數(shù)監(jiān)測的一對多的無線數(shù)據采集通訊方法。
【背景技術】
[0002]隨著人們的健康意識和保健要求的日益增強，醫(yī)療模式由對癥治療向預防為主轉變，對于人體健康狀況監(jiān)測的需求越發(fā)迫切。伴隨而來的網絡的發(fā)展與嵌入式技術的普及，多生理參數(shù)監(jiān)護系統(tǒng)與遠程醫(yī)療領域迎來了一個快速發(fā)展的階段。人體生理參數(shù)的監(jiān)測主要是針對血壓、脈搏、心電和體溫等各種能夠衡量人體健康狀況的重要參數(shù)進行信息采集和數(shù)據分析，從而對疾病的診斷和預防提供重要的依據。小型化，無線技術是未來監(jiān)護系統(tǒng)發(fā)展的一個趨勢。因此，嵌入式系統(tǒng)與無線技術在醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)領域的應用越來越廣泛。
[0003]針對多生理參數(shù)的無線數(shù)據傳輸方案，目前主流的選定RF射頻無線數(shù)據通訊技術。RF射頻模塊接收生理參數(shù)檢測節(jié)點發(fā)送的實時數(shù)據，并且將數(shù)據通過系統(tǒng)的無線局域網卡發(fā)送至無線終端的計算機上，同時實現(xiàn)數(shù)據的實時存儲。采用RF射頻無線傳輸方案的系統(tǒng)能夠期望實現(xiàn)諸如心電參數(shù)、血氧飽和度、血壓、呼吸和體溫等生命體征參數(shù)的多種生理信號的點對點實時無線傳輸，同時通過無線局域網完成數(shù)據的實時存儲。
[0004]傳統(tǒng)的一對多芯片的傳輸協(xié)議如圖1所示，圖中示意性地示出了一個接收端六個發(fā)射端的一對六形式的終端。在傳統(tǒng)的傳輸協(xié)議下，接收端對發(fā)射端沒有實際控制，發(fā)射端可以隨時發(fā)射數(shù)據包，這導致了這種類型的芯片在應用多生理參數(shù)收集和監(jiān)測方面具有以下不足之處:
[0005]1.由于無線通訊存在丟包情況，所以通常每次通訊無論是接收還是發(fā)射都是雙向的，也就是接收端在接到信號以后還會自動回復一個確認信息。如果沒有收到確認信息，系統(tǒng)會自動重新發(fā)送幾次。盡管可以通過修改單片機的寄存器來修改重新發(fā)送確認信息的次數(shù)使重新發(fā)送的次數(shù)降低，但也會造成通信效率的降低。
[0006]2.無線通訊在傳輸信號時，接收端和發(fā)射端都必須在同一個物理頻段上，比如
2.45GHz，否則天線無法收到數(shù)據。當天線收到數(shù)據后，射頻芯片會自動判斷信號包里的地址位，如果地址是自己期待的就會接收數(shù)據包，如果不是就放棄。這種單一物理頻段的限制使得應用的局限性較大。
[0007]3.由于同時有多個發(fā)射端在一個網絡里面，且不同發(fā)射端的數(shù)據包可能在同一個時間向接收端發(fā)送數(shù)據，因此增加了數(shù)據包在傳輸過程中相互影響的可能性。并且，一個接收端在一個時間點只能處理一個數(shù)據包，第二個數(shù)據包會自動放棄，這樣嚴重影響了信息傳輸?shù)乃俾屎统晒β省?br> [0008]為了解決上述問題，需要一種能克服上述缺點的新的一對多通訊方法，解決傳輸效率低下、成功率低的問題，以更好的實現(xiàn)在應用于多生理參數(shù)收集和監(jiān)測領域。

【發(fā)明內容】
[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種在無線數(shù)據通訊中應用的一對多通訊協(xié)議。
[0010]根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于生理參數(shù)監(jiān)測的一對多無線數(shù)據采集通訊方法，利用所述方法的系統(tǒng)包括多個具有不同采樣頻率的發(fā)射端和一個接收端，所述多個發(fā)射端每個包括無線收發(fā)模塊、緩存模塊、數(shù)據采集電路、前端處理電路以及傳感器，所述接收端包括無線接收模塊、索取順序設置模塊、ARM單片機、以及USB模塊，所述方法包括如下步驟:a)所述接收端獲取每個發(fā)射端的傳感器的采樣頻率，根據所述采樣頻率設置索取采集數(shù)據的順序山)所述接收端對所述順序中的第一數(shù)據發(fā)射端發(fā)送控制指令；c)所述第一數(shù)據發(fā)射端發(fā)送包含所述采集數(shù)據的確認信息包；d)所述接收端修改數(shù)據地址或通道到所述順序中的下一個發(fā)射端；e)所述接收端對下一個數(shù)據發(fā)射端發(fā)送所述控制指令；
f)所述下一數(shù)據發(fā)射端發(fā)送所述確認信息包；g)所述接收端判斷數(shù)據是否索取完畢，是則結束，否則進入步驟d，繼續(xù)索取數(shù)據。
[0011]優(yōu)選地，所述采集數(shù)據為利用傳感器采集到的生理數(shù)據。
[0012]優(yōu)選地，每個所述發(fā)射端都包括時鐘和緩存系統(tǒng)用于對采集到而為傳輸?shù)臄?shù)據進行緩存。
[0013]優(yōu)選地，所述確認信息包中還包括表示收到所述控制指令的確認信息。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟g中判斷數(shù)據是否索取完畢為判斷是否到達了所設置的索取順序中的最后一個數(shù)據發(fā)射端。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟g中判斷數(shù)據是否索取完畢為判斷是否按照預先設定的規(guī)則完成了數(shù)據傳輸?shù)娜蝿铡?br> [0016]優(yōu)選地，所述規(guī)則為判斷是否已經傳輸了所設定的數(shù)據量或經過了所設定的傳輸時間。
[0017]根據本發(fā)明的一對多通訊方法，不僅可以解決現(xiàn)有技術中一對多通訊的問題，而且完全消除了數(shù)據發(fā)射端相互影響的可能性，從而提高了通訊速率和通訊質量。
[0018]應當理解，前述大體的描述和后續(xù)詳盡的描述均為示例性說明和解釋，并不應當用作對本發(fā)明所要求保護內容的限制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]參考隨附的附圖，本發(fā)明更多的目的、功能和優(yōu)點將通過本發(fā)明實施方式的如下描述得以闡明，其中:
[0020]圖1不出了傳統(tǒng)的一對多芯片的傳輸協(xié)議下信號的傳輸方式；
[0021]圖2示出了根據本發(fā)明的用于生理參數(shù)監(jiān)測的一對多無線數(shù)據采集通訊系統(tǒng)的結構框圖，其中，圖2a示出了發(fā)射端的結構框圖，圖2b示出了接收端的結構框圖；
[0022]圖3示出了根據本發(fā)明的一對多無線傳輸通訊方法的流程圖；
[0023]圖4示出了包含兩個2000Hz和兩個1000HZ的數(shù)據發(fā)射端的系統(tǒng)的發(fā)射端索取順序。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖以及實施例對本發(fā)明進行詳細描述。
[0025]圖2示出了根據本發(fā)明的用于生理參數(shù)監(jiān)測的一對多無線數(shù)據采集通訊系統(tǒng)的結構框圖，其中，圖2a示出了用于發(fā)送生物數(shù)據的發(fā)射端的結構框圖，圖2b示出了用于接收生物數(shù)據的接收端的結構框圖。如圖2所示:
[0026]發(fā)射端210包括無線收發(fā)模塊211、緩存模塊212、數(shù)據采集電路213、前端處理電路214，以及傳感器215。接收端220包括無線接收模塊221、索取順序設置模塊222、ARM單片機223、以及USB模塊224。
[0027]發(fā)射端210用于采集生物數(shù)據，并在接收到控制指令時將采集到的生物數(shù)據發(fā)送至接收端220。在發(fā)射端210中:
[0028]無線收發(fā)模塊211用于接收來自接收端220的控制指令，并通過無線通道向接收端220返回一個表示收到控制指令的確認信息包，并且，該確認信息報中還包括存儲于緩存模塊212的生物數(shù)據。
[0029]緩存模塊212，用于臨時保存數(shù)據采集電路213輸出的生物數(shù)據，并且在無線收發(fā)模塊211收到接收端220的控制信號時，將臨時保存的生物數(shù)據加入上述確認信息包中。
[0030]數(shù)據采集電路213，根據前端處理電路214的輸出結果得到生物數(shù)據。
[0031]前端處理電路214，用于將傳感器215采集到的生物數(shù)據進行前期處理。
[0032]傳感器215，用于采集生物數(shù)據，可選用本領域常用的各自生物特征或體征數(shù)據采集的傳感器。
[0033]接收端220用于按照預先設置的數(shù)據索取順序，向發(fā)射端索取并存儲數(shù)據。在接收端220中:
[0034]無線收發(fā)模塊221，用于按照索取順序設置模塊222中的數(shù)據索取順序，向發(fā)射端發(fā)送控制指令，來索取收到控制指令的發(fā)射端所采集的生物數(shù)據。
[0035]索取順序設置模塊222，用于設置接收端220向各發(fā)射端索取數(shù)據的順序。設置索取數(shù)據的順序的方法例如是由工作人員進行設置。
[0036]優(yōu)選地，索取順序設置模塊222根據各個發(fā)射端的數(shù)據采集頻率，設置索取數(shù)據的順序。具體地，在數(shù)據索取開始之前，索取順序設置模塊222獲取每個發(fā)射端的傳感器的采樣率(數(shù)據采集頻率)，并根據采樣率來設定采取數(shù)據的順序。比如，有的傳感器的采樣頻率為2000Hz，即一秒鐘采集2000個數(shù)據，有的傳感器一秒鐘只采集1000個數(shù)據，這樣，2000Hz采樣率的發(fā)射端就會比1000Hz采樣率的發(fā)射端采集數(shù)據更頻繁2倍。若不考慮采樣頻率而按順序索取，則會降低數(shù)據傳輸?shù)男省?br> [0037]ARM單片機223，用于控制接收端220各個部件的工作，發(fā)出控制指令。
[0038]USB模塊224，作為接口模塊用于傳輸數(shù)據。由USB模塊224輸出的從發(fā)射端索取的生物數(shù)據向外部設備(例如PC機)等進行傳輸，以便進行后續(xù)處理。
[0039]根據本發(fā)明的傳輸通訊方法，數(shù)據接收端能控制數(shù)據發(fā)射端的發(fā)射順序和時機，即數(shù)據接收端同時也行使了發(fā)射的功能，而數(shù)據發(fā)射端也同時行使了接收的功能。具體而言，對于一個接收端和一個發(fā)射端之間的通訊，當發(fā)射端發(fā)送一個信息包給接收端后，接收端會自動回復一個確認信息包以確認收到該信息包。根據本發(fā)明的通訊方法，將要通訊的信息包加載到該確認通信包中進行傳輸，換言之，將發(fā)送端通過傳感器采集到的數(shù)據以確認信息包的形式從發(fā)射端傳輸?shù)浇邮斩恕＠?，在醫(yī)療參數(shù)采集的應用中，傳感器采集到的生理數(shù)據即為要傳輸?shù)臄?shù)據。
[0040]圖3示出了根據本發(fā)明的一對多無線數(shù)據傳輸通訊方法。[0041]首先在步驟300，當數(shù)據傳輸開始之前，數(shù)據接收端設置從數(shù)據發(fā)射端索取數(shù)據的順序。根據本發(fā)明的方法適用于具有多個數(shù)據發(fā)射端的系統(tǒng)，因此需要對數(shù)據發(fā)射端的索取順序進行預先設定。例如，可以按照數(shù)據發(fā)射端的編號順序索取，或者按照其他任意設定的規(guī)則進行索取?？梢酝ㄟ^設定數(shù)據發(fā)射端的數(shù)據地址或通道的順序來設定索取的順序。
[0042]在步驟310，當數(shù)據傳輸開始后，數(shù)據接收端開始先對所設置的索取順序中的第一數(shù)據發(fā)射端發(fā)送一個控制指令。該控制指令可以是一個很短的信息包及其他獲得信息的指令。例如，首次發(fā)射一個OxFC指令到發(fā)射端，發(fā)射端將反饋給接收端其所在的獨特ID信息，如 0X01。
[0043]接著在步驟320，該第一數(shù)據發(fā)射端收到該數(shù)據接收端發(fā)送的控制指令后，發(fā)送確認信息包，該信息包中包含了該第一數(shù)據發(fā)射端之前采集到的數(shù)據，如生理數(shù)據等。所采集到的數(shù)據加入到該確認信息包中后，連同確認信息一起返回給數(shù)據接收端；
[0044]在步驟330，數(shù)據接收端收取到第一數(shù)據發(fā)射端發(fā)出的包含采集到的數(shù)據的確認信息包后，修改其數(shù)據地址或通道，以改變索取數(shù)據的對象為索取順序中的下一個發(fā)射端。根據本發(fā)明的每個數(shù)據發(fā)射端均有其自己唯一的地址，因此每個數(shù)據發(fā)射端相互之間沒有影響；
[0045]在步驟340中，數(shù)據接收端向下一個數(shù)據發(fā)射端，即第二數(shù)據發(fā)射端發(fā)送索取數(shù)據指令，該指令與步驟310中第一次發(fā)射的指令相類似，但所針對指令對象不同，如發(fā)射端產生了反饋信號，則同時登記與第一次數(shù)據發(fā)射不同的地址信息；
[0046]在步驟350，該第二數(shù)據發(fā)射端收到該數(shù)據接收端發(fā)送的控制指令后，發(fā)送確認信息包，該信息包中包含了該第二數(shù)據發(fā)射端之前采集到的數(shù)據，如生理數(shù)據等。所采集到的數(shù)據加入到該確認信息包中后，連同確認信息一起返回給數(shù)據接收端；
[0047]在步驟360，判斷數(shù)據的數(shù)據傳輸是否完畢，例如是否到達了所設置的索取順序中的最后一個數(shù)據發(fā)射端，或者是否按照預先設定的規(guī)則完成了數(shù)據傳輸?shù)娜蝿?。例如，已經傳輸了所設定的數(shù)據量或經過了所設定的傳輸時間等等。如果數(shù)據未傳輸完畢，則返回步驟330，數(shù)據接收端修改其數(shù)據地址或通道，向下一個數(shù)據發(fā)射端發(fā)射控制信號索取數(shù)據。重復步驟330-350直到數(shù)據傳輸完畢。
[0048]圖3中示出的第一數(shù)據發(fā)射端、下一數(shù)據發(fā)射端和第二數(shù)據發(fā)射端只是示意性地命名，數(shù)據發(fā)射端的選擇可以按照接收端索取的需要進行任意設定。
[0049]根據本發(fā)明的一對多通訊方法，不僅可以解決現(xiàn)有技術中一對多通訊的問題，而且完全消除了數(shù)據發(fā)射端相互影響的可能性，從而提高了通訊速率和通訊質量。并且，每個數(shù)據發(fā)射端都有各自的時鐘和緩存系統(tǒng)，即使該發(fā)射端采集完數(shù)據后，數(shù)據接收端還沒有索取到該發(fā)射端時，該發(fā)射端可以對采集到的數(shù)據進行緩存，避免了數(shù)據丟失和數(shù)據延時。當輪到該數(shù)據發(fā)射端時，它會把存在緩存里的數(shù)據和自己的時鐘信息一起返回給數(shù)據接收端。
[0050]特別地，數(shù)據的延時是通過緩存和時間點來復原的，延時時間大約為發(fā)射端的數(shù)量*lms。即，當有十 個發(fā)射端時,每個發(fā)射端可能存在的最大延時應該是10ms。
[0051]根據本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，本發(fā)明的一對多通信方法特別適用于包含多個具有不同采樣頻率的發(fā)射端系統(tǒng)。在這種情況下，在數(shù)據傳輸開始之前，接收端獲取每個發(fā)射端的傳感器的采樣頻率，并根據采樣率來設定采取數(shù)據的順序。比如，有的傳感器的采樣頻率為2000Hz，即一秒鐘采集2000個數(shù)據，有的傳感器一秒鐘只采集1000個數(shù)據，這樣，2000Hz采樣率的發(fā)射端就會比1000Hz采樣率的發(fā)射端采集數(shù)據更頻繁2倍。若不考慮采樣頻率而按順序索取，則會降低數(shù)據傳輸?shù)男省?br> [0052]圖4示出了示例性的一個系統(tǒng)里有兩個2000Hz和兩個1000HZ的數(shù)據發(fā)射端的索取順序。如圖4所示，數(shù)據接收端通過收集所有數(shù)據發(fā)射端的采集頻率后，計算分配的數(shù)據索取順序如下:
[0053]首先索取高頻率的2000Hz采集頻率的第一發(fā)射端，然后索取低頻率的1000Hz采集頻率的第二發(fā)射端，然后再索取高頻率的2000Hz采集頻率的第三發(fā)射端，之后再索取高頻率的2000Hz采集頻率的第一發(fā)射端，然后索取另一低頻率的1000Hz采集頻率的第四發(fā)射端，然后索取高頻率的2000Hz采集頻率的第三發(fā)射端，完成一個數(shù)據索取周期。這樣，高采集頻率(2000Hz)的發(fā)射端大約4ms后循環(huán)掃描一次，而低采集頻率(1000Hz )的發(fā)射端大約8ms循環(huán)掃描一次，高頻采集的發(fā)射端的采集頻率是低頻發(fā)射端的兩倍。同時，因為采樣率越高，準備好數(shù)據包的速度也就越快，因此同一個傳感器的兩次索取指令之間的時間，高頻發(fā)射端也比低頻發(fā)射端的縮短了一半。
[0054]特別地，根據本發(fā)明的無線傳輸協(xié)議，并不僅僅適用于nRF芯片，對于所有能進行雙向通訊的無線通訊，使用該協(xié)議都可以實現(xiàn)一對N的通訊。特別地，根據本發(fā)明的無線傳輸協(xié)議不局限于無線傳輸系統(tǒng)。凡是能實現(xiàn)一對一傳輸?shù)耐ㄓ?，都可以通過使用該協(xié)議，在不增加接收端和保證即時性的情況下，實現(xiàn)一對多傳輸。
[0055]以上所述，僅為本發(fā)明中的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發(fā)明所揭露的技術范圍內，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內，因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。結合這里披露的本
[0056]發(fā)明的說明和實踐，本發(fā)明的其他實施例對于本領域技術人員都是顯而易見的。說明和實施例僅被認為是示例性的，本發(fā)明的真正范圍和主旨均由權利要求所限定。
【權利要求】
1.一種用于生理參數(shù)監(jiān)測的一對多無線數(shù)據采集通訊方法，利用所述方法的系統(tǒng)包括多個具有不同采樣頻率的發(fā)射端和一個接收端，所述多個發(fā)射端每個包括無線收發(fā)模塊、緩存模塊、數(shù)據采集電路、前端處理電路以及傳感器，所述接收端包括無線接收模塊、索取順序設置模塊、ARM單片機、以及USB模塊，所述方法包括如下步驟: a)所述接收端獲取每個發(fā)射端的傳感器的采樣頻率，根據所述采樣頻率設置索取采集數(shù)據的順序； b)所述接收端對所述順序中的第一數(shù)據發(fā)射端發(fā)送控制指令； c)所述第一數(shù)據發(fā)射端發(fā)送包含所述采集數(shù)據的確認信息包； d)所述接收端修改數(shù)據地址或通道到所述順序中的下一個發(fā)射端； e)所述接收端對下一個數(shù)據發(fā)射端發(fā)送所述控制指令； f)所述下一數(shù)據發(fā)射端發(fā)送所述確認信息包； g)所述接收端判斷數(shù)據是否索取完畢，是則結束，否則進入步驟山繼續(xù)索取數(shù)據。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集數(shù)據為利用傳感器采集到的生理數(shù)據。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，每個所述發(fā)射端都包括時鐘和緩存系統(tǒng)用于對采集到而為傳輸?shù)臄?shù)據進行緩存。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述確認信息包中還包括表示收到所述控制指令的確認信息。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟g中判斷數(shù)據是否索取完畢為判斷是否到達了所設置的索取順序中的最后一個數(shù)據發(fā)射端。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟g中判斷數(shù)據是否索取完畢為判斷是否按照預先設定的規(guī)則完成了數(shù)據傳輸?shù)娜蝿铡?br> 7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述規(guī)則為判斷是否已經傳輸了所設定的數(shù)據量或經過了所設定的傳輸時間。
【文檔編號】A61B5/0205GK103784125SQ201410056693
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權日:2014年2月19日
【發(fā)明者】趙起超, 楊苒 申請人:北京神州津發(fā)科技有限公司