用于生理参数监测的一对多无线数据采集通讯方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于生理参数监测的一对多无线数据采集通讯方法，系统包括发射端和接收端，发射端包括无线收发模块、缓存模块、数据采集电路，接收端包括无线接收模块、索取顺序设置模块、ARM单片机、以及USB模块，方法步骤：a)获取每个发射端的传感器的采样频率，设置索取采集数据的顺序；b)对顺序中的第一数据发射端发送控制指令；c)第一数据发射端发送确认信息包；d)接收端修改数据地址或通道到下一个发射端；e)接收端对下一个数据发射端发送控制指令；f)下一数据发射端发送确认信息包；g)接收端判断数据是否索取完毕，是则结束，否则进入步骤d。本发明可以消除数据发射端相互影响的可能，提高了通讯速率和质量。
【专利说明】用于生理参数监测的一对多无线数据采集通讯方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通讯【技术领域】，具体涉及一种用于生理参数监测的一对多的无线数据采集通讯方法。
【背景技术】
[0002]随着人们的健康意识和保健要求的日益增强，医疗模式由对症治疗向预防为主转变，对于人体健康状况监测的需求越发迫切。伴随而来的网络的发展与嵌入式技术的普及，多生理参数监护系统与远程医疗领域迎来了一个快速发展的阶段。人体生理参数的监测主要是针对血压、脉搏、心电和体温等各种能够衡量人体健康状况的重要参数进行信息采集和数据分析，从而对疾病的诊断和预防提供重要的依据。小型化，无线技术是未来监护系统发展的一个趋势。因此，嵌入式系统与无线技术在医疗监护系统领域的应用越来越广泛。
[0003]针对多生理参数的无线数据传输方案，目前主流的选定RF射频无线数据通讯技术。RF射频模块接收生理参数检测节点发送的实时数据，并且将数据通过系统的无线局域网卡发送至无线终端的计算机上，同时实现数据的实时存储。采用RF射频无线传输方案的系统能够期望实现诸如心电参数、血氧饱和度、血压、呼吸和体温等生命体征参数的多种生理信号的点对点实时无线传输，同时通过无线局域网完成数据的实时存储。
[0004]传统的一对多芯片的传输协议如图1所示，图中示意性地示出了一个接收端六个发射端的一对六形式的终端。在传统的传输协议下，接收端对发射端没有实际控制，发射端可以随时发射数据包，这导致了这种类型的芯片在应用多生理参数收集和监测方面具有以下不足之处:
[0005]1.由于无线通讯存在丢包情况，所以通常每次通讯无论是接收还是发射都是双向的，也就是接收端在接到信号以后还会自动回复一个确认信息。如果没有收到确认信息，系统会自动重新发送几次。尽管可以通过修改单片机的寄存器来修改重新发送确认信息的次数使重新发送的次数降低，但也会造成通信效率的降低。
[0006]2.无线通讯在传输信号时，接收端和发射端都必须在同一个物理频段上，比如
2.45GHz，否则天线无法收到数据。当天线收到数据后，射频芯片会自动判断信号包里的地址位，如果地址是自己期待的就会接收数据包，如果不是就放弃。这种单一物理频段的限制使得应用的局限性较大。
[0007]3.由于同时有多个发射端在一个网络里面，且不同发射端的数据包可能在同一个时间向接收端发送数据，因此增加了数据包在传输过程中相互影响的可能性。并且，一个接收端在一个时间点只能处理一个数据包，第二个数据包会自动放弃，这样严重影响了信息传输的速率和成功率。
[0008]为了解决上述问题，需要一种能克服上述缺点的新的一对多通讯方法，解决传输效率低下、成功率低的问题，以更好的实现在应用于多生理参数收集和监测领域。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种在无线数据通讯中应用的一对多通讯协议。
[0010]根据本发明的一个方面，提供了一种用于生理参数监测的一对多无线数据采集通讯方法，利用所述方法的系统包括多个具有不同采样频率的发射端和一个接收端，所述多个发射端每个包括无线收发模块、缓存模块、数据采集电路、前端处理电路以及传感器，所述接收端包括无线接收模块、索取顺序设置模块、ARM单片机、以及USB模块，所述方法包括如下步骤:a)所述接收端获取每个发射端的传感器的采样频率，根据所述采样频率设置索取采集数据的顺序山)所述接收端对所述顺序中的第一数据发射端发送控制指令；c)所述第一数据发射端发送包含所述采集数据的确认信息包；d)所述接收端修改数据地址或通道到所述顺序中的下一个发射端；e)所述接收端对下一个数据发射端发送所述控制指令；
f)所述下一数据发射端发送所述确认信息包；g)所述接收端判断数据是否索取完毕，是则结束，否则进入步骤d，继续索取数据。
[0011]优选地，所述采集数据为利用传感器采集到的生理数据。
[0012]优选地，每个所述发射端都包括时钟和缓存系统用于对采集到而为传输的数据进行缓存。
[0013]优选地，所述确认信息包中还包括表示收到所述控制指令的确认信息。
[0014]优选地，所述步骤g中判断数据是否索取完毕为判断是否到达了所设置的索取顺序中的最后一个数据发射端。
[0015]优选地，所述步骤g中判断数据是否索取完毕为判断是否按照预先设定的规则完成了数据传输的任务。
[0016]优选地，所述规则为判断是否已经传输了所设定的数据量或经过了所设定的传输时间。
[0017]根据本发明的一对多通讯方法，不仅可以解决现有技术中一对多通讯的问题，而且完全消除了数据发射端相互影响的可能性，从而提高了通讯速率和通讯质量。
[0018]应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中:
[0020]图1不出了传统的一对多芯片的传输协议下信号的传输方式；
[0021]图2示出了根据本发明的用于生理参数监测的一对多无线数据采集通讯系统的结构框图，其中，图2a示出了发射端的结构框图，图2b示出了接收端的结构框图；
[0022]图3示出了根据本发明的一对多无线传输通讯方法的流程图；
[0023]图4示出了包含两个2000Hz和两个1000HZ的数据发射端的系统的发射端索取顺序。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图以及实施例对本发明进行详细描述。
[0025]图2示出了根据本发明的用于生理参数监测的一对多无线数据采集通讯系统的结构框图，其中，图2a示出了用于发送生物数据的发射端的结构框图，图2b示出了用于接收生物数据的接收端的结构框图。如图2所示:
[0026]发射端210包括无线收发模块211、缓存模块212、数据采集电路213、前端处理电路214，以及传感器215。接收端220包括无线接收模块221、索取顺序设置模块222、ARM单片机223、以及USB模块224。
[0027]发射端210用于采集生物数据，并在接收到控制指令时将采集到的生物数据发送至接收端220。在发射端210中:
[0028]无线收发模块211用于接收来自接收端220的控制指令，并通过无线通道向接收端220返回一个表示收到控制指令的确认信息包，并且，该确认信息报中还包括存储于缓存模块212的生物数据。
[0029]缓存模块212，用于临时保存数据采集电路213输出的生物数据，并且在无线收发模块211收到接收端220的控制信号时，将临时保存的生物数据加入上述确认信息包中。
[0030]数据采集电路213，根据前端处理电路214的输出结果得到生物数据。
[0031]前端处理电路214，用于将传感器215采集到的生物数据进行前期处理。
[0032]传感器215，用于采集生物数据，可选用本领域常用的各自生物特征或体征数据采集的传感器。
[0033]接收端220用于按照预先设置的数据索取顺序，向发射端索取并存储数据。在接收端220中:
[0034]无线收发模块221，用于按照索取顺序设置模块222中的数据索取顺序，向发射端发送控制指令，来索取收到控制指令的发射端所采集的生物数据。
[0035]索取顺序设置模块222，用于设置接收端220向各发射端索取数据的顺序。设置索取数据的顺序的方法例如是由工作人员进行设置。
[0036]优选地，索取顺序设置模块222根据各个发射端的数据采集频率，设置索取数据的顺序。具体地，在数据索取开始之前，索取顺序设置模块222获取每个发射端的传感器的采样率(数据采集频率)，并根据采样率来设定采取数据的顺序。比如，有的传感器的采样频率为2000Hz，即一秒钟采集2000个数据，有的传感器一秒钟只采集1000个数据，这样，2000Hz采样率的发射端就会比1000Hz采样率的发射端采集数据更频繁2倍。若不考虑采样频率而按顺序索取，则会降低数据传输的效率。
[0037]ARM单片机223，用于控制接收端220各个部件的工作，发出控制指令。
[0038]USB模块224，作为接口模块用于传输数据。由USB模块224输出的从发射端索取的生物数据向外部设备(例如PC机)等进行传输，以便进行后续处理。
[0039]根据本发明的传输通讯方法，数据接收端能控制数据发射端的发射顺序和时机，即数据接收端同时也行使了发射的功能，而数据发射端也同时行使了接收的功能。具体而言，对于一个接收端和一个发射端之间的通讯，当发射端发送一个信息包给接收端后，接收端会自动回复一个确认信息包以确认收到该信息包。根据本发明的通讯方法，将要通讯的信息包加载到该确认通信包中进行传输，换言之，将发送端通过传感器采集到的数据以确认信息包的形式从发射端传输到接收端。例如，在医疗参数采集的应用中，传感器采集到的生理数据即为要传输的数据。
[0040]图3示出了根据本发明的一对多无线数据传输通讯方法。[0041]首先在步骤300，当数据传输开始之前，数据接收端设置从数据发射端索取数据的顺序。根据本发明的方法适用于具有多个数据发射端的系统，因此需要对数据发射端的索取顺序进行预先设定。例如，可以按照数据发射端的编号顺序索取，或者按照其他任意设定的规则进行索取。可以通过设定数据发射端的数据地址或通道的顺序来设定索取的顺序。
[0042]在步骤310，当数据传输开始后，数据接收端开始先对所设置的索取顺序中的第一数据发射端发送一个控制指令。该控制指令可以是一个很短的信息包及其他获得信息的指令。例如，首次发射一个OxFC指令到发射端，发射端将反馈给接收端其所在的独特ID信息，如 0X01。
[0043]接着在步骤320，该第一数据发射端收到该数据接收端发送的控制指令后，发送确认信息包，该信息包中包含了该第一数据发射端之前采集到的数据，如生理数据等。所采集到的数据加入到该确认信息包中后，连同确认信息一起返回给数据接收端；
[0044]在步骤330，数据接收端收取到第一数据发射端发出的包含采集到的数据的确认信息包后，修改其数据地址或通道，以改变索取数据的对象为索取顺序中的下一个发射端。根据本发明的每个数据发射端均有其自己唯一的地址，因此每个数据发射端相互之间没有影响；
[0045]在步骤340中，数据接收端向下一个数据发射端，即第二数据发射端发送索取数据指令，该指令与步骤310中第一次发射的指令相类似，但所针对指令对象不同，如发射端产生了反馈信号，则同时登记与第一次数据发射不同的地址信息；
[0046]在步骤350，该第二数据发射端收到该数据接收端发送的控制指令后，发送确认信息包，该信息包中包含了该第二数据发射端之前采集到的数据，如生理数据等。所采集到的数据加入到该确认信息包中后，连同确认信息一起返回给数据接收端；
[0047]在步骤360，判断数据的数据传输是否完毕，例如是否到达了所设置的索取顺序中的最后一个数据发射端，或者是否按照预先设定的规则完成了数据传输的任务。例如，已经传输了所设定的数据量或经过了所设定的传输时间等等。如果数据未传输完毕，则返回步骤330，数据接收端修改其数据地址或通道，向下一个数据发射端发射控制信号索取数据。重复步骤330-350直到数据传输完毕。
[0048]图3中示出的第一数据发射端、下一数据发射端和第二数据发射端只是示意性地命名，数据发射端的选择可以按照接收端索取的需要进行任意设定。
[0049]根据本发明的一对多通讯方法，不仅可以解决现有技术中一对多通讯的问题，而且完全消除了数据发射端相互影响的可能性，从而提高了通讯速率和通讯质量。并且，每个数据发射端都有各自的时钟和缓存系统，即使该发射端采集完数据后，数据接收端还没有索取到该发射端时，该发射端可以对采集到的数据进行缓存，避免了数据丢失和数据延时。当轮到该数据发射端时，它会把存在缓存里的数据和自己的时钟信息一起返回给数据接收端。
[0050]特别地，数据的延时是通过缓存和时间点来复原的，延时时间大约为发射端的数量*lms。即，当有十 个发射端时,每个发射端可能存在的最大延时应该是10ms。
[0051]根据本发明的一个优选实施例，本发明的一对多通信方法特别适用于包含多个具有不同采样频率的发射端系统。在这种情况下，在数据传输开始之前，接收端获取每个发射端的传感器的采样频率，并根据采样率来设定采取数据的顺序。比如，有的传感器的采样频率为2000Hz，即一秒钟采集2000个数据，有的传感器一秒钟只采集1000个数据，这样，2000Hz采样率的发射端就会比1000Hz采样率的发射端采集数据更频繁2倍。若不考虑采样频率而按顺序索取，则会降低数据传输的效率。
[0052]图4示出了示例性的一个系统里有两个2000Hz和两个1000HZ的数据发射端的索取顺序。如图4所示，数据接收端通过收集所有数据发射端的采集频率后，计算分配的数据索取顺序如下:
[0053]首先索取高频率的2000Hz采集频率的第一发射端，然后索取低频率的1000Hz采集频率的第二发射端，然后再索取高频率的2000Hz采集频率的第三发射端，之后再索取高频率的2000Hz采集频率的第一发射端，然后索取另一低频率的1000Hz采集频率的第四发射端，然后索取高频率的2000Hz采集频率的第三发射端，完成一个数据索取周期。这样，高采集频率(2000Hz)的发射端大约4ms后循环扫描一次，而低采集频率(1000Hz )的发射端大约8ms循环扫描一次，高频采集的发射端的采集频率是低频发射端的两倍。同时，因为采样率越高，准备好数据包的速度也就越快，因此同一个传感器的两次索取指令之间的时间，高频发射端也比低频发射端的缩短了一半。
[0054]特别地，根据本发明的无线传输协议，并不仅仅适用于nRF芯片，对于所有能进行双向通讯的无线通讯，使用该协议都可以实现一对N的通讯。特别地，根据本发明的无线传输协议不局限于无线传输系统。凡是能实现一对一传输的通讯，都可以通过使用该协议，在不增加接收端和保证即时性的情况下，实现一对多传输。
[0055]以上所述，仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。结合这里披露的本
[0056]发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是显而易见的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。
【权利要求】
1.一种用于生理参数监测的一对多无线数据采集通讯方法，利用所述方法的系统包括多个具有不同采样频率的发射端和一个接收端，所述多个发射端每个包括无线收发模块、缓存模块、数据采集电路、前端处理电路以及传感器，所述接收端包括无线接收模块、索取顺序设置模块、ARM单片机、以及USB模块，所述方法包括如下步骤: a)所述接收端获取每个发射端的传感器的采样频率，根据所述采样频率设置索取采集数据的顺序； b)所述接收端对所述顺序中的第一数据发射端发送控制指令； c)所述第一数据发射端发送包含所述采集数据的确认信息包； d)所述接收端修改数据地址或通道到所述顺序中的下一个发射端； e)所述接收端对下一个数据发射端发送所述控制指令； f)所述下一数据发射端发送所述确认信息包； g)所述接收端判断数据是否索取完毕，是则结束，否则进入步骤山继续索取数据。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集数据为利用传感器采集到的生理数据。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述发射端都包括时钟和缓存系统用于对采集到而为传输的数据进行缓存。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确认信息包中还包括表示收到所述控制指令的确认信息。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤g中判断数据是否索取完毕为判断是否到达了所设置的索取顺序中的最后一个数据发射端。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤g中判断数据是否索取完毕为判断是否按照预先设定的规则完成了数据传输的任务。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述规则为判断是否已经传输了所设定的数据量或经过了所设定的传输时间。
【文档编号】A61B5/0205GK103784125SQ201410056693
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2014年2月19日
【发明者】赵起超, 杨苒 申请人:北京神州津发科技有限公司