绪论
课题的研究背景及意义
由于社会的高速发展以及科学技术的不断进步，给人们的日常生活带来了极大的影响。生活水平虽然提高了，但生活节奏不断地加快，超负荷量的工作，饮食结构发生的变化，这些问题都会使人们的身体机能产生不同程度的反应。健康问题一度回归到人们的视线中，并成为最受关注的焦点之一。近些年，由于心血管的病发率呈上升趋势，医学界最为棘手的问题之一，心脏病再度成为大家重点关注对象。若要解决问题，必先清楚症结所在，因而研究心脏病的各种病例是非常有必要的，它将会给医生和专家们在以后的工作带来极大的帮助。心电图(Electrocardiogram ECG)是对心脏各项功能是否正常的一个重要依据，具有诊断可靠、对身体无害等优点。经过几十年的发展，它已成为人们公认的对心脏病诊断的最行之有效的方法。
一些心脏病患者的心电图长期处于病变状态，他们的心电图随时都可以获取，然而一些潜在的心脏病患者只是偶有感觉，但其在医院的检查报告中却并没有显示心脏功能有任何异常，导致人们对自己的病情未能及时了解、就诊，最终导致病情延误失去了治愈的最佳时期。为了及时有效的检测出潜在心脏病患者的心电信号特征并加以诊断，提出合理的方案，目前市场上已先后出现了相关辅助性医疗器械，如holter、心电图机等。心电图机的应用领域是非常广泛的，它在医疗领域的应用是最典型的，除此之外还可以在疗养院、体育领域以及其他领域有所发展。
随着人们对心电信号实时监控的关注度的提高以及无线通信技术的发展，越来越多的人更倾向于各种便携式医疗健康监护设备的研究，并取得了一定的成绩。无线体域网(WBAN, wireless body area network)以一种崭新的面貌闯入研究者的视线，一时间众多专家学者对WBAN的研究处于高涨状态。
WBAN是以人体为中心的网络，它将放置在人体不同部位、功能不尽相同的传感器节点以及便携式移动设备以无线通信的方式联系起来，进而组成一个网络，用以监测人体生命信息。无线体域网的覆盖范围和Wi-Fi(wireless fidelity)、蓝牙、红外线的覆盖范围比较起来略微显小，通常在1-2m之内，属于短距离无线网络。无线体域网可以把任何人跟另外的网络诸如他人的体域网、Internet或者电信局所建立的通信网络等联系起来，使其成为一个更大网络的组成部分，除此之外人体还可以和与其有关联的通信网络进行信息的传输。
WBAN又称为生物医疗传感器网络(biomedical sensor network, BSN )，是一个新兴名词，却不完全是一种新兴技术，它其实是一个交叉技术领域，和无线通信中的很多领域比如无线传感器网络(WSN, wireless sensor network )、无线个域网(WPAN, wireless personal area network)等存在着密不可分的关系
2国内外研究现状
1.2.1 WBAN研究现状
WBAN作为一种新兴的无线通信方式，引起国内外专业人士的关注并加以研究，使WBAN的应用领域更加广泛、更加贴近于生活，拓宽了通信技术的同时，也使众多学者清楚地意识到WBAN潜在的商业价值。
欧洲国家对WBAN的关注比较早，在2003年就开始对其进行研究，并取得了一定的成果。其中，美国加州大学和伯克利大学等一些知名大学对WBAN的便携性、扩展性以及资源优化等方面进行重点研究，使得WBAN应用范围更加宽广，性能更完善。英国帝国理工大学对情景感知和环境感知等做了一系列的研究并获得了一定的成果。这种方法特别适用于普适医疗环境，特别是需要检测出精确病情的情况下，它是指将周围环境信息和用户生理活动结合起来形成的被感知信号，以传达出病患的病情到了何种程度。新加波国立大学等多所知名大学把BSN的架构作为对象进行了深入细致的研究，它是把人体视为一个局域网，通过可穿戴生物监测系统将用户的体温、心电以及血压等生理信息以蓝牙形式的无线通信方式传送到用户随身携带的PDA(personal digital assistant) PDA将信息汇总之后再通过GSM网络传送到控制中心。加拿大、德国、爱尔兰、巴西、比利时和瑞士以及世界的其他国家在WBAN的中间件、信号处理算法、健康以及活动监控和网络可靠性等方面的研究也有了喜人的成果。从通信的角度去考虑，以耗能最低为最终目标，韩国信息通信大学等多个高校共同研究并构建出了新兴的无线体域网系统
中国对无线体域网(WBAN)的研究相对比较晚，从整体上看研究成果也不如欧洲国家的多，影响力不够深远。国内对无线体域网(WBAN)的研究中以中国科学院的研究为首。中国科学院曾由自动化研究所作为先锋在BSN的基础上对人体活动的监控系统进行了深入地研究，接着又以计算技术研究所为中心力量构建了新兴的无线体域网平台，近些年致力于对WBAN中数据融合技术的研究[[11]。另外，中国台湾、东南大学等几所院校在WBAN的自适应性和可调节性等方面的研究有了较大的进展。
从目前的研究状况来看，在日常生活中能见到的WBAN的应用场景主要有以下几种:
(1)以人体为对象的传感器网络;(2)对人体体征信息状况的监测;(3)能随身穿戴的媒体播放;(4)以移动通信终端为中心的应用;(5)视频流应用;(6)远程控制。目前在日本，无线体域网在医疗领域的应用研究相当活跃，此外，无线体域网技术在音乐方面也大有前途，韩国厂商对该领域的应用表现出了强烈的兴趣。
1.2.2 WSN研究现状
当今社会早已跨越进信息时代的行列，信息如何能稳定、准确地取得是解决信息技术的首个关键部分，如果只有信息却没有传输的途径，信息就不能发挥出其应有的价值.
2.2 zigbee无线传感器............ 15-20
2.2.1 WSN(Wireless Sensor Network)............ 15-16
2.2.2 Zigbee协议............ 16-19
2.2.3 Zigbee无线传感器............ 19-20
2.3 分析心电信号特性............ 20-25
2.3.1 心电信号的............ 20-21
2.3.2 心电信号的............ 21-23
2.3.3 心电信号............23-25
2.4 本章小结............ 25-26
3 总体方案设计............ 26-30
3.1 设计原则............ 26
3.2 整体结构............ 26-27
3.3 信号终端采集............ 27-28
3.4 路由器节点............ 28-29
3.5 协调器总体............ 29
3.6 本章小结............ 29-30
4 硬件设计............ 30-53
4.1 心电导联............ 30
4.2 生物医学电极............ 30-35
4.2.1 标准导联............ 31-32
4.2.2 单极肢体导联............ 32-33
4.2.3 加压单极肢体............ 33-34
4.2.4 单极胸导联............ 34-35
4.3 信号放大............ 35-41
4.3.1 前置放大以及............ 35-40
4.3.2 右腿驱动............ 40-41
4.4 滤波电路............ 41-46
4.4.1 滤波电路............ 42
4.4.2 高通滤波............42-43
4.4.3 工频滤波............ 43-45
4.4.4 低通滤波............ 45-46
4.5 主放大电路与电............ 46-47
4.6 信号处理与传输............ 47-52
4.6.1 处理器芯片............ 47-50
4.6.2 路由器节点............ 50-51
4.6.3 协调器节点............ 51-52
4.7 本章小结............ 52-53
主要结论
随着生活节奏的加快，人们的身体出现了各种各样的问题，尤其面对由来己久的复杂的心脏病问题，医生护士仍然感觉非常棘手。针对这一情况，市场上各种各样的辅助性心电医疗器械应用而生，实时心电监护系统位列其中。通常心电监护系统包含心电信号采集和处理两部分内容，信号的分析和处理在整个系统中起着关键的作用。
无线传感器网络是集传感器、无线通信和网络三大技术于一体的信息获取与处理技术。Zigbee是无线传感器网络的一种，它是一种网络容量大、节点体积小、架构简单、低速率、低功耗的无线通信技术。由于其节点体积小且能自动组网，所以布局十分方便:又因其强调由大量的节点进行群体协作，网络具有很强的自愈能力，任何一个节点的失效都不会对整体任务的完成造成致命性影响，所以特别适合用来组建无线传感器网络。