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(多图) 基于低功耗蓝牙技术的新型便携医疗设备设计

医疗电子网?? 2012年05月10日 ?? 收藏0
功耗问题是当前便携式医疗设备所面临的最棘手的问题之一。蓝牙低功耗技术有望解决这一问题。

无线技术一直在取代电线电缆,并通过非卧床病人监测器大大提高了病人的可活动性。目前,便携式病人监测器、输液泵、手术脚踏开关以及其它很多医疗设备都有使用无线技术来保持与监测和信息系统的连接。

便携医疗设备目前所面临的难题之一就是功耗问题。无线连接的功耗要求限制了架构和应用。

图1 蓝牙低功耗芯片组现有两种版本
图1 蓝牙低功耗芯片组现有两种版本

感谢蓝牙4.0版规范中推出了蓝牙低功耗技术,从而有望解决功耗难题。蓝牙技术正在逐步深入设计人员和消费者之中。Microsoft和Apple最近都宣布支持这项新技术,这意味着这项技术将在标准计算和通信平台中被广泛使用。截止当前,无线医疗应用一直依赖定制零部件和平台实现低功耗,现在终于到了部署真正的低功耗无线医疗应用的时候了。

蓝牙低功耗技术与其它无线技术有所不同,因为它将一项从最一开始就针对超低功率电池而设计的标准化技术和基于传感器数据采集的新架构结合在了一起。蓝牙低功耗技术还将被集成到大多数便携设备中。

蓝牙特别兴趣小组(SIG)工作组已经推出了针对医疗护理、健身和医疗设备使用的配置文档,并且还在着手推出应用于其它领域的配置文档。尽管这些蓝牙设备不能直接兼容IEEE 11073,但SIG正在起草一份白皮书,将详细地介绍如何进行数据转化和兼容映像,以便让采用IEEE 11073标准的系统也能使用蓝牙数据。

据蓝牙SIG预测,蓝牙低功耗技术在未来短短几年内将被用于10亿多产品中,应用领域包括:

手机配件 >100亿

智能能源(计数和显示)约10亿

家居自动化 > 10亿

医疗、保健、运动&健身 >100亿

辅助起居 >500亿

动物标记 约10亿

P2P智能运输系统>10亿

I工业自动化/M2M>100亿

独特之处

蓝牙低功耗技术是蓝牙核心规范4.0(Bluetooth v4.0)的核心。蓝牙低功耗技术延续了传统蓝牙技术的很多技术特性,能提供成熟稳定、可靠的连接。蓝牙低功耗技术的新特性支持事件驱动数据采集、接近感应和时间同步。但是在很多方面,蓝牙低功耗技术是一项新的无线技术。蓝牙4.0的根本不同之处在于它被设计用于传送小批量的数据,而不是像传统蓝牙技术一样提供间歇性的数据流连接。例如,传统蓝牙技术支持耳机和音频数据流,而蓝牙低功耗技术模式没有这个功能。蓝牙低功耗技术的特色之处在于面向小型设备的有效发现和连接设置、短数据包和不对称设计。

图2 蓝牙低功耗技术用40通道取代了传统蓝牙技术的79通道
图2 蓝牙低功耗技术用40通道取代了传统蓝牙技术的79通道

可实现的最低功耗。从物理设计到使用模式,一切都是围绕保持最小功耗而设计。为了降低功耗,蓝牙低功耗设备大多数时间都处在睡眠模式。当有事件发生的时候,设备会被唤醒,并会有一条短信息被发送至网关、PC或智能机。最大/峰值功耗小于15mA,平均功耗约为1μA。有源功耗被降低至传统蓝牙技术功耗的10分之一。在低占空比应用中,一块纽扣CR2032电池可以用上5-10年。

成本有效和兼容。为了让小电池供电装置与传统蓝牙技术兼容和实现成本有效,有两类芯片组:

包括蓝牙低功耗和传统蓝牙功能的双模式技术

优化用于小电池供电装置的单一蓝牙低功耗技术,主要为了实现低成本和低功耗

图3.解释了有3路802.11b/g (无线LAN)通道情况下的AFH(自适应跳频)操作。3路广播信道以及37路数据通道中的9路数据通间隔分布在那些被无线LAN使用的通道之间。
图3.解释了有3路802.11b/g (无线LAN)通道情况下的AFH(自适应跳频)操作。3路广播信道以及37路数据通道中的9路数据通间隔分布在那些被无线LAN使用的通道之间。

成熟稳定、安全性和可靠性。同传统蓝牙技术一样,蓝牙低功耗技术也使用自适应跳频(AFH)技术,以便在家庭、工业及医疗应用中嘈杂的RF环境下实现稳定的传输。为了将成本和功耗最小化,蓝牙低功耗技术将传统蓝牙技术所采用的79个带宽1MHz的通道缩减成了带宽2MHz的40路通道。

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无线技术? 蓝牙技术? 蓝牙4.0?

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