课题研究的主要内容

由于病员紧急呼叫无线传感器网络系统的复杂性，本课题主要研究了病员紧急呼叫无线传感器网络系统终端节点的设计。在确定无线对讲方式的系统总体设计方案的基础上，采用ZigBee无线传感器通信技术、语音编码技术、计算机技术研制了病员紧急呼叫节点；分析了语音处理和ZigBee通信技术的原理，选用TMS320VC5402数字信号处理器、TLV320AIC23音频模块、ZigBee无线通信模块等电路设计了病员紧急呼叫无线传感器网络系统节点的硬件；应用IAR嵌入式工作平台和CCS软件开发平台，编写了语音数据采集、处理与收发程序，并进行了调试和测试运行。

归纳起来，主要的研究工作如下：

（1）系统总体方案设计；

（2）ZigBee无线通信技术的研究；

（3）无线传感器网络系统节点硬件设计；

（4）语音处理，实现语音基于ZigBee无线通信的程序设计；

（5）整合程序代码，调试硬件电路，测试系统性能。

节点功能需求分析

病员紧急呼叫无线传感器网络系统节点应用于医疗监控，支持语音呼叫，多点对点通信。节点可通过按键控制呼叫建立和通话结束；在空闲状态进入呼叫状态，和在呼叫状态进入通话状态都要有明显的状态指示；节点是通过无线信道传输语音数据；具有实时全双工通信。这些功能需求可概括如下：

（1）语音处理：具有采集语音模拟信号，进行量化，编码的能力，而且能解码，能将数字语音信号还原为语音模拟信号的能力。

（2）无线通信：具有无线信道传输数据的能力，数据最大传输速率为250kb/s，工作频率为2.4GHz，传输范围为10m~75m，能进行全双工语音通信。

（3）按键控制：具有按键呼叫控制和按键挂断控制两项最基本的功能。

（4）状态指示：在呼叫时，呼叫方具有呼叫进行中的状态指示，而被叫方具有被呼叫的状态指示，在通话中和空闲时也需具有各不相同状态指示。

本课题通过在简要介绍ZigBee协议栈结构的基础上，设计实现了基于ZigBee协议的一种传感器网络节点，采用了首款单芯片ZigBee解决方案的CC2430。主要开发一种能实现数字语音处理能力和基于ZigBee低速率无线通信的硬件平台，实现语音全双工的数字通信。结合节点所监测对象（病员）和周边环境（医院）的特点，对这种硬件平台的功能进行扩展和改进。重点对该节点软硬件的原理进行分析和讨论，以及从理论上对该系统节点的环境监测和自动组网进行讨论。

基于嵌入式数字信号处理和无线联网技术为无线传感器网络赋予了更加广阔的应用前景，这些潜在的应用领域涉及到航空、防爆、救灾、环境、医疗、家居等领域。无线传感器网络是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有快速展开、抗毁性强等特点，有着广阔的应用前景。