由于健康監(jiān)測(cè)器如今風(fēng)靡一時(shí)，無(wú)線連接有許多不同的選擇。針對(duì)消費(fèi)者的健身樂(lè)隊(duì)正在使用最新版本的藍(lán)牙低功耗連接到智能手機(jī)，但還有許多其他方式可以提供與健身帶的連接，該健身帶也可用作無(wú)線病人監(jiān)護(hù)儀。

由于傳感器平臺(tái)基本相同，心跳和血壓監(jiān)測(cè)增加了一般的運(yùn)動(dòng)跟蹤，長(zhǎng)距離低功率無(wú)線鏈路可以為頻段提供顯著更長(zhǎng)的電池壽命，減少充電需求系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)更完整的數(shù)據(jù)捕獲功能。這些可以與提供恒定鏈路的網(wǎng)關(guān)一起使用，而不是依靠移動(dòng)電話進(jìn)行連接，從而提供更可靠和完整的數(shù)據(jù)收集架構(gòu)。這種可靠的無(wú)線鏈路越來(lái)越重要，因?yàn)閿?shù)據(jù)可以直接發(fā)送到云進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，而不是在充電時(shí)從監(jiān)視器下載。

由于醫(yī)療和健身監(jiān)視器不需要高數(shù)據(jù)速率連接，無(wú)線鏈路帶寬可以交換更長(zhǎng)的范圍和更短的電池壽命，在顯示器需要充電之前允許更多的數(shù)據(jù)收集。

Silicon Labs的Flex Gecko系列無(wú)線控制器提供868 MHz sub-GHz和2.4 GHz連接，并提供必要的加密以保護(hù)數(shù)據(jù)。 868 MHz鏈路提供遠(yuǎn)程鏈接到網(wǎng)關(guān)以進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的功能。該芯片結(jié)合了ARM?Cortex?-M4控制器內(nèi)核，256 kB閃存，32 kB RAM和31個(gè)數(shù)字I/O引腳，可連接傳感器以及7個(gè)16位定時(shí)器和多個(gè)通信接口。該發(fā)射機(jī)使用2 GFSK編碼和0.1％誤碼率（BER），在2.4 kbps時(shí)提供20 dBm的最大輸出功率和-121 dBm的接收靈敏度。有多種低功耗模式可用于不同的操作級(jí)別，有助于將功耗降至最低。這在醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備中特別有用，該設(shè)備每隔幾分鐘就會(huì)喚醒以獲取讀數(shù)并將其傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)，然后再回到超低功耗睡眠模式。圖1顯示了不同的功耗模式，其中大部分芯片保持休眠狀態(tài)，直到需要發(fā)送或接收數(shù)據(jù)為止。

sub-GHz協(xié)議的優(yōu)勢(shì)在于范圍。單個(gè)網(wǎng)關(guān)可以在廣泛的范圍內(nèi)為數(shù)百或數(shù)千個(gè)監(jiān)視器提供服務(wù)，在廣域網(wǎng)中可以達(dá)到10公里。這樣就無(wú)需在每個(gè)家庭中安裝單獨(dú)的網(wǎng)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的監(jiān)控。

圖1：FlexGecko收發(fā)器的低能耗模式如何在可穿戴醫(yī)療監(jiān)護(hù)儀的讀數(shù)之間關(guān)閉芯片。

目前，藍(lán)牙是一種非常重要的醫(yī)療監(jiān)測(cè)技術(shù)。在各種無(wú)線連接設(shè)備中采用該技術(shù)意味著性能不斷提高，同時(shí)尺寸和功耗也在降低。采用芯片級(jí)封裝的單模收發(fā)器只需幾毫米，可以集成到現(xiàn)有的微控制器封裝中，也可以作為可穿戴式醫(yī)療監(jiān)控器的一部分。

例如，STMicroelectronics的BlueNRG-MS是用于藍(lán)牙4.1規(guī)范的單模藍(lán)牙低功耗主/從收發(fā)器。它集成了2.4 GHz RF收發(fā)器和ARM Cortex-M0控制器內(nèi)核，可運(yùn)行針對(duì)藍(lán)牙單模協(xié)議的功耗優(yōu)化堆棧。它處理運(yùn)行藍(lán)牙鏈路所需的所有GAP和GATT軟件以及鏈路層中的標(biāo)準(zhǔn)AES128加密協(xié)議。

圖2：使用帶有嵌入式DC-DC轉(zhuǎn)換器的ST BlueNRG藍(lán)牙控制器進(jìn)行低功耗操作。

收發(fā)器針對(duì)低功率進(jìn)行了優(yōu)化，可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)紐扣電池進(jìn)行操作。如果使用其嵌入式高效DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器，則在最高輸出功率（+8 dBm）下，最大輸入電流僅為15 mA。即使不使用DC-DC轉(zhuǎn)換器，最大輸入電流也只有29 mA，仍能保持電池壽命。此外，超低功耗睡眠模式和工作模式之間的非常短的過(guò)渡時(shí)間導(dǎo)致非常低的平均電流消耗，從而延長(zhǎng)電池壽命。

移動(dòng)電話技術(shù)還為開(kāi)發(fā)無(wú)線連接提供了優(yōu)勢(shì)。無(wú)需確保智能手機(jī)可用于連接監(jiān)視器，而是可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的鏈接。這很容易在低成本，無(wú)顯示的手機(jī)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)，該平臺(tái)已經(jīng)結(jié)合了藍(lán)牙和蜂窩功能。藍(lán)牙鏈接可以與監(jiān)視器配對(duì)，也可以通過(guò)蜂窩鏈接反饋數(shù)據(jù)。

連接多個(gè)監(jiān)視器的另一種方法是使用諸如ZigBee之類的協(xié)議。這是針對(duì)低功耗進(jìn)行優(yōu)化的，與使用與藍(lán)牙相同的免許可2.4 GHz頻段的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行簡(jiǎn)單而安全的連接。

德州儀器（TI）的CC2630采用ZigBee提供極低的有源RF和MCU電流消耗，延長(zhǎng)電池壽命。該芯片（如圖3所示）包含一個(gè)ARM Cortex-M3控制器，作為主處理器以48 MHz運(yùn)行，并配有獨(dú)特的超低功耗傳感器控制器。該傳感器控制器非常適合與外部傳感器連接，并在系統(tǒng)其余部分處于睡眠模式時(shí)自動(dòng)收集模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

IEEE 802.15.4 MAC嵌入到ROM中，部分運(yùn)行在ARM Cortex-M0處理器上。這種架構(gòu)提高了整體系統(tǒng)性能和功耗，并為應(yīng)用釋放了閃存。

圖3：德州儀器的CC2630包含一個(gè)自治區(qū)數(shù)據(jù)收集塊用于保持監(jiān)控傳感器，同時(shí)無(wú)線收發(fā)器的其余部分保持在睡眠模式。

另一種方法是在家中使用Wi-Fi模塊將顯示器連接到互聯(lián)網(wǎng)。 Inventek Systems ISM4334x-M4G-L44是一款嵌入式無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)連接模塊，可在2.4 GHz和5.0 GHz頻譜下運(yùn)行（圖4）。 Wi-Fi模塊的硬件包括ARM Cortex-M4主機(jī)處理器，帶MAC和基帶的雙頻802.11 a/b/g/n無(wú)線電收發(fā)器以及集成藍(lán)牙4.0和NFC支持。這將允許醫(yī)療監(jiān)視器通過(guò)藍(lán)牙連接，并通過(guò)附近的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，從而大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)架構(gòu)并推出。

圖4：Inventek的Wi-Fi模塊可用作通過(guò)藍(lán)牙連接醫(yī)療顯示器并鏈接到現(xiàn)有Wi-Fi的網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)。

該模塊提供UART和SPI接口，可實(shí)現(xiàn)與嵌入式設(shè)計(jì)的連接，無(wú)需操作系統(tǒng)，因?yàn)樗哂型耆傻腡CP/IP堆棧。模塊硬件可與Inventek的AT命令集（IWIN）一起用于配置和監(jiān)視。 Inventek的IWIN，AT命令集允許設(shè)計(jì)人員快速建立與監(jiān)視器的連接，最大限度地縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，測(cè)試?yán)毯?a target="_blank">認(rèn)證。

結(jié)論

有許多不同的方式可以無(wú)線連接到醫(yī)療監(jiān)視器。雖然藍(lán)牙是健身頻帶推廣的選擇，但還有其他技術(shù)，如長(zhǎng)距離的sub-GHz，低功率的ZigBee和Wi-Fi。挑戰(zhàn)在于通過(guò)管理低功耗操作模式來(lái)獲得最佳的整體性能，同時(shí)仍然保持可靠的數(shù)據(jù)收集和傳輸。