CN111603254A - 基于zigbee通信协议的骨关节张力平衡器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Zigbee通信协议的骨关节张力平衡器，包括Zigbee无线接收电路、上位机信息管理系统、骨关节平衡器实体结构以及设置在骨关节平衡器实体结构上的压力传感器阵列、模拟/数字转换电路、Zigbee无线发射电路，所述中柔性压力传感器阵列的每个传感器均与数字转换电路连接，模拟/数字转换电路与Zigbee无线发射电路连接，Zigbee无线发射电路与Zigbee无线接收电路通信，Zigbee无线接收电路与上位机信息管理系统连接。本发明实现了骨关节手术过程中的数据信息化。
Description
技术领域
本发明属于智能医用器械领域，具体为一种基于zigbee通信协议的骨关节张力平衡器。
背景技术
随着现代医疗的不断进步，很多器械都在更新换代，然而在骨关节手术中使用的平衡器还是较为传统的机械部件，并不能完成数据的实时采集，但是很多情况下在手术的过程中医生需要知道骨关节中的压力变化情况，从而判断出病人手术过程中的状态。因此传统的纯机械机构的平衡器已无法满足医生的骨关节手术需求。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种基于zigbee通信协议的骨关节张力平衡器。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于Zigbee通信协议的骨关节张力平衡器，包括Zigbee无线接收电路、上位机信息管理系统、骨关节平衡器实体结构以及设置在骨关节平衡器实体结构上的压力传感器阵列、模拟/数字转换电路、Zigbee无线发射电路，所述中柔性压力传感器阵列的每个传感器均与数字转换电路连接，模拟/数字转换电路与Zigbee无线发射电路连接，Zigbee无线发射电路与Zigbee无线接收电路通信，Zigbee无线接收电路与上位机信息管理系统连接。
优选地，所述中压力传感器阵列包括四个柔性压力传感器，四个柔性压力传感器分布在骨关节平衡器实体结构底部，且同一平面。
优选地，每个传感器分别对称分布在上骨关节平衡器实体结构。
优选地，所述中Zigbee无线发射电路、Zigbee无线接收电路均采用CC2530作为主控芯片。
优选地，所述骨关节平衡器实体结构采用铝合金材质。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
(1)本发明采用柔性压力传感器作为压敏器件，其灵敏度大大高于传统的压力传感器。
(2)本发明采用无线传输技术，数据传输时可以进行远程接收，这样可以提高医生手术过程中的操作灵活性
(3)本发明采用zigbee通信协议栈，较传统的传输协议而言具有安全，可靠等优点，同时支持多个器件数据采集。
(4)本发明数据采集部分使用的是专用数据采集管理软件上位机，这样可以很方便的建立病人信息数据库，为以后的病情分析提供数据依据。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明柔性传感器阵列分布图。
图2为本发明骨关节平衡器实体机械结构图。
图3为本发明系统工作原理图。
图4为本发明系统程序流程图。
具体实施方式
一种基于Zigbee通信协议的骨关节张力平衡器，包括压力传感器阵列1模拟、数字转换电路2、Zigbee无线发射电路3、Zigbee无线接收电路4、上位机信息管理系统5以及骨关节平衡器实体结构6，所述中柔性压力传感器阵列1的每个传感器的两个引脚分别连接到ADC转换电路2的相应的焊盘上，模拟/数字转换电路2采用芯片内部的ADC转换器。Zigbee无线发射电路3的数据输入来自ADC转换后的数字信号，Zigbee无线接收电路4与电脑上位机信息管理系统5通过标准串口连接，整个电路的采集和发射电路都安装在骨关节平衡器实体结构6上。
进一步的实施例中，所述压力传感器阵列1为四个柔性压力传感器分别分布在骨关节平衡器实体结构6底部，其处于同一平面，每个传感器分别对称的分布在上面。
进一步的实施例中，所述模拟/数字转换电路2采用电阻分压方式实现压力引起的电阻变化转化为电压变化，然后电压信号输入到主控芯片的内部ADC引脚上。
进一步的实施例中，所述Zigbee无线发射电路3使用的是CC2530作为主控芯片，该芯片带有Zigbee无线发射模块，发射天线采用板载PCB天线，天线与信号之间有一个射频功率放大芯片。
进一步的实施例中，所述Zigbee无线接收电路4采用的是CC2530主控芯片，该电路的接收天线采用的是高增益棒状天线，接收天线直接与主控芯片的射频信号引脚连接。
进一步的实施例中，所述上位机信息管理系统5采用QT开发平台开发，该信息管理系统能够实现数据的读取，保存，实时动态曲线显示以及信息查阅功能。
进一步的实施例中，所述骨关节平衡器实体结构6采用铝合金材质加工制作，该结构与传统的骨关节平衡器的尺寸相同，不同之处在于本发明的骨关节平衡器上部设置有把手。
如图3所示，柔性压力传感器阵列1会将压力信号转换为电压信号，电压信号会通过ADC转换电路2转换为数字信号，该数字信号会输送到CC2530芯片内部的Zigbee无线发射电路3发射出去，信号会被Zigbee无线接收电路4接收。接收后的数据会一串口协议的方式发送到电脑上位机信息管理软件5，该管理系统可以通过数据头信息的物理地址来区分设备的编号，这样就可以实现多个病人的设备数据记录。ADC转换电路2采用电阻分压的方式来实现电阻变化转为电压变化，该转换电路的ADC芯片采用CC2530内部自带的12为模数转换器，该模数转换器能够实现30kHz到40kHz的实时转换。Zigbee无线发射电路3包括板载2.4GPCB发射天线，射频功率放大器，稳压芯片和供电电路等重要部分，其中射频功率放大器将发射的信号进行放大，这样使得无线通信的传输距离提高到1千米左右可视距离，这样虽然增加了系统的功耗，但是却大大提高了系统的传输稳定性。Zigbee无线接收电路4采用的是和Zigbee无线发射电路基本相同，唯一的不同之处在于发射端有射频功率芯片，而接收端没有该芯片，而是采用高增益的棒状天线来接收信号电波，这样有利于接收电路的简化。Zigbee无线接收电路4与电脑之间的通信方式为标准的串口协议通信，通信波特率为115200，该电路使用的是CH340芯片，该芯片的目的是将串口协议转换为现代个人电脑都支持的USB信号。电脑上位机信息管理软件5接收到信号后对数据进行处理，处理后解析数据内容，同时将必要的信息保存到相应的病人信息账号中。该管理系统支持病人信息的建立，数据记录，数据保存以及数据的查询。同时该系统支持实时的压力曲线的动态显示，这使得数据能够可视化。
数据的发送采用定时器的方式发送数据，当时间达到时先读取压力转换为电压的值，然后主控芯片将读取到的电压值发送出去，一个数据发送结束，然后继续下一个数据发送的时间到来。接收数据端一旦接收到数据就触发接收中断函数，该函数将接收到的数据以串口的形式发送到电脑端，如图4所示。电脑上位机信息管理系统将会解析数据，然后做相应的记录显示工作。
Claims (5)
1.一种基于Zigbee通信协议的骨关节张力平衡器，其特征在于，包括Zigbee无线接收电路(4)、上位机信息管理系统(5)、骨关节平衡器实体结构(6)以及设置在骨关节平衡器实体结构(6)上的压力传感器阵列(1)、模拟/数字转换电路(2)、Zigbee无线发射电路(3)，所述中柔性压力传感器阵列(1)的每个传感器均与数字转换电路(2)连接，模拟/数字转换电路(2)与Zigbee无线发射电路(3)连接，Zigbee无线发射电路(3)与Zigbee无线接收电路(4)通信，Zigbee无线接收电路(4)与上位机信息管理系统(5)连接。
2.根据权利要求1所述的基于Zigbee通信协议的骨关节张力平衡器，其特征在于，所述中压力传感器阵列(1)包括四个柔性压力传感器，四个柔性压力传感器分布在骨关节平衡器实体结构(6)底部，且同一平面。
3.根据权利要求1所述的基于Zigbee通信协议的骨关节张力平衡器，其特征在于，每个传感器分别对称分布在上骨关节平衡器实体结构(6)。
4.根据权利要求1所述的基于Zigbee通信协议的骨关节张力平衡器，其特征在于，所述中Zigbee无线发射电路(3)、Zigbee无线接收电路(4)均采用CC2530作为主控芯片。
5.根据权利要求1所述的基于Zigbee通信协议的骨关节张力平衡器，其特征在于，所述骨关节平衡器实体结构(6)采用铝合金材质。
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