Kablosuz algılayıcının modül tasarımı
Design of a wireless sensor module
Yazar: REGAİP MUTLU BİÇER
Danışman: DOÇ. DR. ADNAN KAVAK
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Kablosuz iletişim = Wireless communication ; Telemetri = Telemetry

Özet:
Kablosuz iletişimdeki güncel yenilikler, kablolu sistemlere göre daha ekonomik, esnek ve kullanışlı algılayıcı ağların gerçeklenmesine imkân tanımıştır. Bu yönü ile askeri, endüstri, ev ve işyeri otomasyon ve güvenliği gibi hemen her alanda tercih sebebi olmaktadır. Bu çalışmada hızla gelişmekte olan bu konu ele alınarak tıbbi alanda bir ihtiyacı karşılamayı amaçlayan bir uygulamanın tasarımı ve geliştirilmesi doğrultusunda ilk adım atılmıştır. Hasta üzerinde sürekli olarak taşınabilen kablosuz bir algılayıcı modül aracılığı ile hastanın kan basıncı parametrelerinin elde edilerek kablosuz olarak bir merkeze aktarılabilmesi amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, el müdahalesi olmadan mikroişlemci ve üzerinde koşan yazılım denetimi ile otomatik olarak ölçüm yapabilen ve osilometrik yöntem kullanarak çalışan bir algılayıcı birim için gerekli donanım ve yazılım geliştirilmiştir. Osilometrik yöntemde sistolik ve diyastolik kan basınçlarının tahmini için sistolik ve diyastolik oran sabitleri deneysel olarak elde edilmiştir.Kablosuz algılayıcı sistemi için iki farklı kullanım alanı hedeflenmiş ve bu alanların ihtiyaçları doğrultusunda iki farklı haberleşme çözümü üretilmiştir. Bu alanlardan birincisi, çok sayıda hastanın bulunduğu tıbbi kliniklerdir. Böyle alanlarda hastaların anlık ölçülen parametrelerinin bir merkezden canlı olarak izlenebilmesi ihtiyacı ele alınmıştır. Bu ihtiyaç için gerekli kablosuz haberleşme ihtiyacını karşılayacak ZigBee tabanlı bir kablosuz ağ çözümü üretilmiştir. Kablosuz haberleşme ara yüzü olarak üzerinde açık kaynak kodlu ZigBee yığını(stack) ve geliştirilen uygulama yazılımı koşan CC243X serisi ZigBee uyumlu alıcı-verici donanımlar kullanılmıştır. Böylece bir kablosuz ağ kurulmuş ve verilerin bu ağ üzerinden merkezi bir bilgisayara aktarılması sağlanmıştır.Kablosuz algılayıcı sistemi için hedeflenen ikinci bir kullanım alanı ise hastaların daha geniş dolaşma alanına sahip olduğu durumlardır. Bu kullanım şeklinde, belirli periyotlar boyunca kaydedilen parametrelerin bir merkeze aktarılabilmesi ve acil durumlarda otomatik olarak yardım çağrısı ihtiyaçları ele alınmıştır. Bu ihtiyaçlar doğrultusunda GSM/GPRS tabanlı bir haberleşme çözümü üretilmiştir. Bu çözümde elde edilen ölçüm değerlerinin GPRS üzerinden TCP/IP protokolü ile bir merkezi sunucuya aktarılmasını sağlayan donanım ve yazılımlar geliştirilmiştir. Acil durumlar için ise GSM üzerinden sesli arama özelliği eklenmiştir. Acil durumlarda pozisyon bilgisinin elde edilebilmesi için GPS modülü kullanılmış ve gerekli sürücü yazılımı geliştirilmiştir.

Abstract:
New improvements in wireless communication systems enable development of more economic, flexible and useful wireless sensor networks. For these reasons, they have many application fields in military, industry, home and office security, automation and in many other areas. In this study, this rapidly improving topic is handled and priority is given to design and to develop a specific application which aims to meet a need in medical area. A prototype wireless sensor module, which can be carried by a patient constantly and acquiring blood pressure parameters and transferring those to a center in a wireless manner is aimed. In this direction, the necessary hardware and software have been developed for a sensor unit, which can accomplish measurements without person intervention, but with the control of a microprocessor and the software running on it. It operates by using oscillometric method. In oscillometric method, the systolic and diastolic ratio constants for estimating systolic and diastolic blood pressures are experimentally determined.Two different usage domains have been aimed for the wireless sensor system, and based on the requirements for these domains, two different wireless communication solutions have been proposed. The first domain is medical clinics where there are a great number of patients. In these domains, the requirement of live monitoring of measured parameters momentary in a center has been handled. A ZigBee based wireless network solution has been produced for this requirement. As a wireless communication interface, CC243X series ZigBee compatible transceiver hardware module, which has open-source ZigBee stack and developed application software running on it, has been used. As a result, a wireless network has been set up and transferring of data over this network has been ensured.A second usage domain for wireless sensor system is the condition which patients are mobile in a wider area. In this form of usage, transferring of parameters which are stored with a defined time interval to a center, and automatic urgent call in emergency situations are dealt with. Depending on these requirements, a GSM/GPRS based communication solution has been produced. In this solution, hardware and software, which make sending the measured values over TCP/IP protocol to back office server, have been developed. For emergency conditions, voice call function through GSM has been added to the system. Also a GPS module has been added in order to get position information for emergency situations, and the required driver software has been developed for it.