一种基于无线传感器网络的生理信号采集系统_英文_
基于无线传感器网络的环境监测与控制系统设计

基于无线传感器网络的环境监测与控制系统设计一、引言无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是一种由大量分布式传感器节点组成的网络系统,用于监测和控制环境中的物理和化学参数。
WSN已经广泛应用于环境监测、农业、工业自动化等领域。
本文旨在设计一种基于无线传感器网络的环境监测与控制系统,通过对环境参数的实时监测和控制来提高资源利用效率、降低能源消耗,实现对环境的智能化管理。
二、系统架构设计2.1 传感器节点传感器节点是WSN中最基本的组成单元,负责采集环境参数并将数据传输给基站。
在本系统中,每个传感器节点由一个或多个传感器模块、一个微处理器和一个无线通信模块组成。
其中,传感器模块负责采集温度、湿度等环境参数,并将数据转换为数字信号;微处理器负责对采集到的数据进行处理和分析;无线通信模块则负责将处理后的数据发送给基站。
2.2 基站基站是WSN中负责接收并处理来自各个传感器节点数据的设备。
在本系统中,基站由一台高性能计算机和一个无线通信模块组成。
无线通信模块负责接收传感器节点发送的数据,并将数据传输给计算机进行处理。
计算机通过对接收到的数据进行分析和处理,得到环境参数的变化趋势,并根据需求制定相应的控制策略。
2.3 控制器控制器是根据基站分析得到的环境参数变化趋势,对环境进行控制的设备。
在本系统中,控制器由一个执行机构和一个控制算法组成。
执行机构负责根据控制算法给出的指令,对环境参数进行调节;控制算法则根据基站分析得到的数据和预设的目标值,通过数学模型计算出相应的调节策略。
三、系统工作流程3.1 环境参数采集传感器节点通过传感器模块采集环境中温度、湿度等参数,并将采集到的数据转换为数字信号。
3.2 数据传输传感器节点通过无线通信模块将采集到的数据发送给基站。
基站接收到来自各个传感器节点发送过来的数据,并将其存储在计算机中。
3.3 数据处理与分析基站上运行着一套完善的数据处理与分析算法,通过对接收到的数据进行分析,得到环境参数的变化趋势。
基于无线传感器网络生理参数采集系统设计

第23卷 第2期电子测量与仪器学报V ol 123 N o 12 ・94 ・ J OU R N A L O F EL EC T RO N I C M EA S U R EM EN T A N D I N S T RUM EN T 2009年2月本文于2008年4月收到。
3基金项目:广东省自然科学基金(编号:07010116)资助项目。
基于无线传感器网络生理参数采集系统设计3王 骥1 沈玉利2 林 菁1(1.广东海洋大学信息学院,湛江524088;2.仲恺农业工程学院,广州510225)摘 要:针对医院外人员远程监护,提出了一种基于无线传感器网络的人体动态生理参数采集系统。
系统将传感器网络节点布置于人体相应部位连续采集多种生理信息,直接无线发送到网关,经网关处理后将有价值信息通过CDMA 网络上传因特网送至专家系统,实现远程电子全双向的互诊。
利用所研制系统对受试者距离监测中心30km 外进行心音采集实验,实验结果与客观相符,实验数据误差不大于0.2%。
实验证明,系统稳定地工作在950M HzISM 频段,接收灵敏度-98dBm ,发射功率0.75mW ,数据速率40kbp s ,通信距离2.5km 。
而且较好地满足了实时远程监测的要求。
系统符合人类生活健康质量高要求的趋势,实现了远程医疗资源共享,因此具有特别旺盛生命。
关键词:生理信息采集;远程会诊;无线传感器网络;码分多址中图分类号:TP393.1TP873文献标识码:A国家标准学科分类代码:510.4010;520.20Design of collection system of physiological parameters based onwireless sensor net w orksWang Ji 1 Shen Yuli 2 Lin Jing 1(rmation School ,Guangdong Ocean University ,Zhanjiang 524088,China 2.Zhongkai University of Agriculture and Engineering ,Guangzhou 510225,China )Abstract :A remote system based on wireless sensor networks is p roposed for Non 2hospital personnel dynamic monitoring.The corresponding position of sensor nodes are arranged in order to collect a variety of human p hysiological information ,and t ransported to sink by wireless directly.The information is processed and t he valuable information is uploaded to Internet t hrough CDMA network ,and sent to t he database and achieve electro nic f ull duplex diagno sis.The developed system is used to collect t he heart sounds of a vol 2unteer t hat is over 30kilometers away.The experimental result is objective.The data error is not more t han 0.2percent.The model experiment shows t hat t he system operates stably at t he operating f requency 950M Hz ISM bands ,receives sensitivity -98dBm ,t ransmit s power 0.75mW ,data rate 40kbp s and wireless communication distance 2.5km.It satisfies t he real 2time requirement of remote monitoring.The feat ure of system is t he share of medical resources and is suitable to improve human healt h quality.So it is vital.K eyw ords :p hysiologic information collection ;long 2distance diagnosis ;wireless sensor networks ;CD 2MA1 引 言人体基本生理参数中蕴涵丰富的人体健康状态信息,生理参数的连续动态监测更为了解相关系统的生理、病理状况提供了丰富信息,如动态心电监测(Holter )、动态血压监测(AMB P )等。
基于无线传感器网络及异体结构无缝集成的数据采集系统

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●
图 1 数 据 采 集 系 统 网 络 结 构 图
数 据 采 集 系 统 网络 结 构 下 至 上 三 层 : 一 层 , 息采 集 层 , 第 信 由无 线 传 感 器 智 能 节 点 构 成 。 能 节点 分 布 在 监 测 区 域 内 , 自 智 以 组 织 方 式 形 成 无 线 网 络 , 时 采 集 现 场 数 据 信 息 。第 二 层 , 息 实 信 传 输 层 , 汇 聚节 点 和 采 集 器 构 成 。 由 传感 器节 点 将 采 集 到 的 信 息 上 传 至 汇 聚 节 点 , 由汇 聚 节 点 发 送 到 采集 器 。 集 器 利 用 光纤 再 采 环 网最 终 上 传 到 信 息 中 , ̄ 务器 。第 三层 , 息 管 理 层 , bJ E 信 由服 务 器 构 成 。 成 数 据 信 息 整 合 、 令 发 布 、 储 备 份 等 管 理 和控 制 。 完 命 存
感 器节 点 、 8种 电力 信 息及 6种 附加 信 息 的 实 时采 集 , 构建 起 一 个 信 息 共 享和 交互 控 制 的异 构 无 线 网络 平 台 。 关 键 词 : 线 传 感 器 网 络 , 体 结 构无 缝 集 成 , 据 采 系统 无 异 数
AI ta t ,s rc b
线
基 础 是 稳 定 可 靠 的数 据 采 集 系 统 。 目前 数 据 采 集 系 统 多 基 于
OSIRM ( e S sem Itr o n c bn Reee c Mo e ) / Op n y t ne c n e t / f rn e d 1
t
; = .
模 型 、CP I 议 和 CA 总 线 , 控 制 面 向 多 元 化 , 统 面 向 1 /P协 N 在 系 分 散 化 的 发 展 趋 势 下 ,逐 渐 地 暴 露 出 OS/ M 在 多 种 类 型 1 IR 监 测 点 实 时数 据采 集 的 薄弱 ,CP I 复 杂 控 制 指 令 作 用 时 数 T /P在
无线网络技术导论课后习题及答案

第一章名词解释1、无线体域网:无线局域网是由依附于身体的各种传感器构成的网络。
2、无线穿戴网:是指基于短距离无线通信技术与可穿戴式计算机技术、穿戴在人体上、具有智能收集人体和周围环境信息的一种新型个域网。
3、TCP/IP:P12,即传输控制协议/因特网互联协议,又名网络通讯协议,是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础,由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。
4、OSI RM:即开放系统互连参考模型。
第一章简答1、简述计算机网络发展的过程。
答:计算机网络发展过程可分为四个阶段。
第一阶段:诞生阶段;第二阶段:形成阶段;第三阶段:互联互通阶段;第四阶段:高速网络技术阶段。
(如果想加具体事例查p1-2)2、无线网络从覆盖范围可以分成哪些类?请适当举例说明。
答:无线网络从覆盖范围可分为如下三类。
第一类:系统内部互连/无线个域网,比如:蓝牙技术,红外无线传输技术;第二类:无线局域网,比如:基本服务区BSA,移动Ad Hoc 网络;第三类:无线城域网/广域网,比如:蜂窝系统等。
3、从应用的角度看,无线网络有哪些?要求举例说明。
答:从无线网络的应用角度看,可以划分出:①无线传感器网络,例如能实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息并通过无线方式发送到用户终端;②无线Mesh网络,例如Internet中发送E-mail;③无线穿戴网络,例如能穿戴在人体上并能智能收集人体和周围环境信息;④无线体域网,例如远程健康监护中有效地收集信息。
4、现在主流的无线网络种类有哪些?答:P5(不确定)WLAN,GPRS,CDMA,wifi5、什么是协议?请举例说明。
答:P9第一段第三句;协议是指通信双方关于如何进行通信的一种约定。
举例:准确地说,它是在同等层之间的实体通信时,有关通信规则和约定的集合就是该层协议,例如物理层协议、传输层协议、应用层协议。
6、与网络相关的标准化有哪些?答:主要有:国际电信标准,国际ISO标准,Internet标准1.美国国际标准化协会(ANSI)2.电气电子工程师协会(IEEE)3.国际通信联盟(ITU)4.国际标准化组织(ISO)5.Ineter协会(ISOC)和相关的Internt工程任务组(IETF)6.电子工业联合会(EIA)和相关的通信工业联合会(TIA)7、无线网络的协议模型有哪些特点?答:(p13)无线网络的协议模型显然也是基于分层体系结构的,但是对于不同类型的无线网络说重点关注的协议层次是不一样的。
基于无线传感器网络的智能报警系统设计与实现

摘要: 设 计 并 开发 了 一 种 基 于 无 线 传 感 器 网 络 的 新 型 智 能 报 警 系 统 。利 用 多 种 传 感 器 节 点 模 块 采 集不 同位置 、 不 同性 质 的数 据 , 借助 Z i g B e e 短 距 离 无 线 通 信 技 术 将 环 境 参 数 传 输 到 汇 聚 节 点 模 块 进 行 归 类 和优 化后 发 送 到 控 制 中 心 , 再 通 过 GS M 通 信 网发 送 到 安全 管 理 中 心 或 用 户 实 现 报 警 。 提 出 了包 括 数 据 采 集 模 块 等 硬 件 系 统 以及 基 于 Z - S t a c k协 议 栈 等 软件 系 统 的一 整 套 解 决 方 案 , 测试 结果表 明 , 该 系 统 能 够 较 好 地 实 现 远 程 环 境 多种 类 数 据 的 采 集 和 传 输 , 架构简单 , 实现方便 , 可靠性高 , 具 有 一 定 的实 用
价值 。 关键 词 : 无 线 传 感 器 网 络 ;智 能 报 警 系 统 ;Z i g B e e ;C C 2 4 3 0 中图分类号 : TN9 2 5 . 9 3 文献标 志码 : A
无 线传 感器 网络 是 由大量 的传感 器节 点采
用 无 线 自组 织 方 式 构成 的 网络 , 与传 统 的数 据 采 集 系统 相 比 , 采 用 这 种 新 技术 的系 统 能 够 实 时检测、 感 知 和采 集 网络 分 布 区域 内 的各 种监 测对 象 的信 息 。Z i g B e e技术 以其 功 耗 低 、 短 时
感器 的状 态 数据 分 类 处理 后 发 送 给控 制 中 心 ,
收稿 日期 : 2 0 1 3 — 0 1 — 0 3 基 金 项 目: 北京 市 属 高校 人 才强 教 深化 计 划, 项 目号 : P HR 2 0 1 1 0 8 3 6 6 ; 北 京 市 本 科 生 科 学 研 究 计 划 项 目, 项 目
基于无线传感器网络技术的智能交通信息采集系统研究

基于无线传感器网络技术的智能交通信息采集系统研究作者:钟吉源来源:《中国新技术新产品》2013年第23期摘要:本文通过介绍无线传感器体系结构及特点,提出了一种基于无线传感器网络技术的智能交通信息采集系统,并对系统进行试验测试,以供实践参考。
关键词:无线传感器;网络技术;智能交通;试验测试中图分类号:TP27 文献标识码:A1 无线传感器网络体系的结构及特点无线传感器网络是运用无线通信的方式将大量的廉价传感器节点进行汇聚,并最终形成的一个自组织的网络系统。
主要目的是感知网络覆盖区域中存在的对象信息,并对其进行采集、处理,然后再发送给观察者。
通常典型的无线传感器网络系统,其组成部分主要包括互联网、传感器节点、通信卫星、汇聚节点以及管理节点等。
无限传感器网络系统具体工作步骤为:首先在监测区内部或附近部署大量传感器节点,以便监测周边环境,然后收集相关数据信息,用无线收发装置收集到的数据信息输至汇聚节点处的数据处理中心。
输送时选择多跳路由的方式。
然后再将数据中心的数据信息通过汇聚节点输送至用户端,用户才能够通过管理节点实现对传感器网络的配置与管理以及对目标区域的监测。
2 无线传感器网络系统的设计2.1 层次型网络体系结构层次型网络体系,是以无线传感器网络系统的结构为基础模型,然后根据目前交通智能化要求而设计出的一种交通监测体系。
其主要组成内容为传感器节点、汇聚节点、基站和终端用户。
层次型网络体系的主要运行方法是:部署大量的传感器节点在目标监测区域内及其周边地区,对其周围的的交通数据信息进行全面有效的收集;通过相应的收发装置将收集到的数据信息输送到汇聚节点的数据处理中心,并进行相应的处理,再将其传送至基站,进行数据的接收、汇总和分析处理,最终用互联网将输送至高速公路监控中心,实现对交通数据信息实时监测,如图1所示。
2.2 无线传感器节点的设计无线传感器网络的智能交通信息采集中,传感器节点的设计要点是,以模块化组成整个节点系统。
基于无线传感器网络的测控系统

计 算机 与 网络
基 于无线传感器网络昀测控系统
长 江大 学工程 技 术学 院 高 璐
[ 摘 要 】 目前, 无线传感 网络作为计算、 通信和传感 器相结合的一 门综合的信息获取和处理技术 , 已广泛应 用在 日 生活、 常 军事 、 环 境、 医疗等领域。本 文主要介绍 了利用射频芯 片 CC 4 0和传感 器采集和传输各种设备 的运行信息 , 22 这是 保证 测控 系统正常运行的
关键 。 采 用 Z g e iB e网络 实现 这 些 设 备 的协 同5 作 , 体 就是 在 每 个 设 备 上 添 加 一 个 Zg e 端 节 点 , 在 现 场 增 加 一 个 Zg3e协 - 具 iB e终 并 i1 e 调 器 节 点 , 成一 个 星 型 拓 扑 的 Z【3e网络 。最 后 通 过 构 建 温 湿度 采 集 Zg e 形 i/ ge ibe网络 的 实验 , 证 了方 案 能取 得 良好 的测 控 效 果 。 验
号发给协调器 。 当然 , 感测 信号很微弱可在数据采集模块 中加入放大电 路或调理电路。
图 3传感器节点硬件框图 单 片机的 S I 口 为主机工作方式时 ,其硬件电路是不会 自动 P接 设 控制 S O引脚 的。因此 , S I 在 P 通信时 , 应在 S I 日初始 化是 由程序控 P接 制 S , 其拉 为低 电平 , O将 此后 , 当把 数据写 入主 机的 S I P 数据寄 存器 后, 主机接 口将 自动启动时钟发生器 , 在硬件电路的控制下 , 移位传送 ,
通过 MOS 将 数 据 移 出 单 片 机 ,并 同时 从 C 2 2 I C 4 0由 MIO移 人 数 据 , S 8 位数据全部移出时 , 两个 寄存器就实现 了一次数据交换 。 C 22 C 4 0的工作 电压 为 3 33v - . ,所 以要用 电压转换模块把 电压从 5 V降到 3 V左 右 ; . 3 处理器根据收到的命令处理采集的数据 , 过射频 通 模块传给协调器 , 进行进 ~步处理 。 2 系统软件设计 、 本系统开发环境 是 k iC, el 采用 的协议栈 为 T 的 Z S A K 系统将 I ~T C 。 协 阍器通过串 口和上位 机相 连 ,通 过人机 交互的方式对传 感器进行数 据采集 。 必须知道 每个传感器节点的网络地址 , 就需要每个传感器设 这 备在加入网络后把 网络 地址 发送 给协 调器 ,协调 器收到传 感器 的网络 地址后建立地址表存储 起来 ,以便用 户要求 采集数据时依 据地址 表来 采集每个传感器 的数据 。 21 调器节点软件设计 .协 Zg e 协调器在 运行之前需要 配置相关 的网络参数和设 备参数 , iB e 供后面使用。在加电之后 ,i e z 邸e 协调器首先应 当扫描信道 , 选择合适 的信道 和网络标识建立 网络 , 然后允许其它设备加入网络 , 到这里 Zg i— Be e 协调器 的初始化工作结束 。进入正常操作状态之后 ,i e 协调器 Z Be g 需要管理 网络中的设备 , 括处理它们 的加入和离开 ;iBe协调器需 包 Zg e 要处理来 自 其它设备的绑定请求 ,为不 同设备之间 的数据转发建立相 关绑定信息; 它还需要能够处理各种设备和服务查询请求 ; , 当然 它还需 要 能够发送和接收数据。当协调器收到信息时 , 根据数据的第 1 个标识 字符来判断是传感器的网络地址还是传感器采集的数据。若是传感器 的网络地址 , 则把该网络地址存储在地址表里 , 然后把网络地址通过串 口发给上位机 , 由上位机 做进一步处理 ; 是传感器采集的数据信息 , 若 则需通过标识符进 一步判断 ; 如果用 户是 数据采集请求 , 则把该数据显 示给用户 。 当用户通过上位机监测系统发送数据请求时 , 传感器的网络 地址会通过串 口发给协 调器 , 协调器会根据该网络地址进行数据采集 。 22 感器节点软件设计 .传 设备上 电后将 扫描信道 , 加入合适 的 P N网络 , A 加入 网络后将把 1 位网络地址发给协调器 。 6 设备工作时将周期地轮询路 由器 , 看是否有 采集数据命令信息 。若有 , 则采集数据并把数据发给协 调器 , 否则继续 侦听信道。 在进 入正常操作状态之后 ,i e 终端设备往往只是 简单的 Z Be g
体域网

体域网,英文为Body Area Network(BAN),是附着在人体身上的一种网络,由一套小巧可移动、具有通信功能的传感器和一个身体主站(或称BAN协调器)组成。
每一传感器既可佩戴在身上,也可植入体内。
协调器是网络的管理器,也是BAN和外部网络(如3G、WiMAX、Wi-Fi等)之间的网关,使数据能够得以安全地传送和交换。
由于这些传感器通过无线技术进行通信,所以体域网也叫无线体域网(WBAN)。
体域网是一种可长期监视和记录人体健康信号的基本技术,早期应用主要是用来连续监视和记录慢性病(如糖尿病、哮喘病和心脏病等)患者的健康参数,提供某种方式的自动疗法控制。
比如,糖尿病患者一旦他的胰岛素水平下降,他身上的BAN马上可以激活一个泵,自动为患者注射胰岛素,使患者不用医生也能把胰岛素控制在正常水平。
体域网未来还可广泛应用于消费者电子、娱乐、运动、环境智能、畜牧、泛在计算、军事或安全等领域。
不仅如此,眼前仍停留在科幻小说之中的所谓“智慧尘埃”(具有处理能力和无线通信能力的显微镜器件)将来也完全有可能出现在体域网中。
体域网在国际上已经得到了广泛研究,包括医疗技术提供商、医院、保险公司以及工业界的各方人士正在开展战略性合作,但目前仍处在早期阶段,在毫瓦级网络能耗、互操作性、系统设备、安全性、传感器验证、数据一致性等方面面临一系列挑战。
IEEE802.15任务组6正在制定的BAN通信标准有望在2010年完成。
这种技术一旦被接纳采用,将在医疗保健方面取得重大突破。
体域网虽然是覆盖面最小的网络,但却是惠及面极广的网络,万万不可等闲视之。
截至2008年底,我国老年人口已达1.69亿,占总人口的12.79%。
我国是世界老年人口最多的国家,占全球老年人口总量的五分之一。
老年人为国家、为人民作出了巨大贡献。
作为一种回报,我们应该让体域网这种先进技术服务于我国老年人的医疗保健。
与此同时,在某种程度上BAN的应用还可以缓解医院拥挤看病难的问题以及助推远程医疗等构想的真正实施。
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Journal of Southeast U niversity (Eng lish Edition) V o.l 26,N o .1,pp .73-77M ar .2010 I SSN 1003 7985Physiological signal acquisition syste mbased on w ireless sensor net worksQ iuW enjiao Zhang Y ongkui(K ey L abo ra t o ry o f Ch ild D eve l opm ent and L earn i ng Sc ience o fM i n istry o f Education ,Southea st U n i v ersity ,N anji ng 210096,Ch i na)Abstr act :B ase d on w ireless sensor net w orks ,a physi o l ogicalsi gnal acquisiti on syste m is pr oposed .The syste m is use d i n classroo m education in order t o understand t he physi o l ogical c hanges i n t he students .I n t he s y ste m,the biolog i cal electrical si gnal relate d to student atte n ti on a nd e m oti on states ca n be m easur ed by electrocar d i ogr aphy signals .The b i oel ectri cal signal is digitali zed at a 200H z s a m p ling rate and is tra n s m itted by t he Z ig B ee protoc o.l S i m u lta neously ,t he B l uet ooth technology is als o e m be dde d i n the nodes so as to m eet the high sa m pli ng rate a nd the high ba nd w i d t h tra n s m issi on .The syste m can i m p l e m ent them on it o ri ng tas k s for 30students ,and t he experi m ental resu lts of usi ng t he syste m i n t he cl assroo m are propose d .Finall y ,t he a pplicati ons of w irel ess se n s or net w orks used in e ducati on is als o d iscussed .K ey w or ds :w ir eless sensor net w or k ;physi o l ogical si gna;l e du cati onRecei ved 2009 07 20.Biographies :Q i u W en ji ao (1969 ),m ale ,graduate ;Zh ang Y on gku i (corres ponding au t ho r),m ale ,do ctor ,ass ociat e pro fess or ,yzhangb @s .cn .Foundati on ite m:The N ati ona lNatural S ci en ce Foundation of Ch i na(No.60775057).C itati on :Q iu W en ji ao,Zh ang Y on gku.i Phy si o l og i ca l signa l acqu isition s y st e m based on w i rel ess sen s or net w ork s[J].J ournal o f SoutheastU niver sit y (E ngli sh Ed iti on ),2010,26(1):73 77.Although the attent i on state and e mot i ona l state of stude n ts dur i ng the lear n i ng process belong to the psyc holog ica l do m a i n,it can be i ndirectly m easured by physi o l og i cal signals ,suc h as e lectr ocard i ography si gnals and pulse signals .Students and teachers m ental states of attention and e mo ti on in the classroo m m ay be chang i ng dur i ng teach i ng progress ,wh ich can physi o l og i cally acti vate the sy m pathetic and parasy mpathetic division o f theautono m ic nervous syste m (AN S )[1 2].T hese m easurable physi o l og i cal signals can be recorded for the analyses of psyc holog ica l ar ousal of social re w ar ds and punish m ents ,such as posit i ve feedbac k by the teacher s praises or higher exa m i nat i on grades ,even the a mount of a scholarship ,al though the arousal of the autono m ic nervous syste m reac t i ons m ay be a co m plex i ndirect relationship to e m o t i on [3 4].Interact i ons bet w een states of the autono m ic nerv ous syste m and cognit i ve perfor m ance have a long trad ition of being a top ic of psycho log ical research .C lassic concepts fro m mo tivat i onal psycho logy have suggested an i nverted u shaped association bet w een unspec ific activat i on and m ental funct i oning [5 6].A ccor d i ng to this ,the best funct i onal condit i ons are expected atm idrange arousa,l and both over ar ousa l and under arousal are acco m panied by declines in perf or m ance .Cardiovasc u lar psychophysiology has also contributed to this li ne of research ,the respective models re l at i ng changes in card i ovascular act i v ity to facilitation,i nh i b it i on of i nfor m ation processi ng [7]or ener get icm ob iliza t i on o f the organis m when faced w ith a situat i on requ iri ngbehav i oral ad j ust m ent [8].H o w ever ,although this certai n ly const itutes a benefic i a l appr oach ,e m p irical work i n th isf i e l d re m a i ns re lati vely sparse [9].Both the sy m pathetic syste m and the parasy mpathetic syste m contri bute to cardiovascular regulat i on [10].Sy mpathetic i n fl uences are trans m itted through efferent fibres to the si nus node ,the m yo cardiu m and the vascularm usc u lature ,and their activati on leads to an i ncrease i n heart rate ,cardiac contract ility and vascular tone .Parasy mpathetic i nfl ue nces arew i de l y ,but not co mpletely ,restri cted to the m odulat i on of heart rate through i nhibiting sinus node act i v ity .I n addition ,the cardiac baroreflex is involved .I n th i s negative feedbac k loop ,c han ges i n the act i vity of the arterial baroreceptors due to fl uctua tions i n b l ood pressure are responded w ith co m pensatory changes i n heart rate and contract ility .A co mplex net work of brai n ste m un its subserve cardi ovascular autono m ic contro,l e .g .,the nucleus of the so litar y tract(NT S),the dorsalm otor nucle us(DMN ),the nucleus a mbiguous(NA )and the rostralventrolateral medulla(RVL M )[11].B ilateral direct and i ndi rect c onnecti ons ex ist bet w een this net work and cortical areas ,which for m an m i portant li nk bet wee n cardi ovascularregulation and cogn ition [12-13].The present study am i s at in vest i gat i ng relationsh i ps a mong features of sy m pathetic ,para sy mpathetic and bar oreflex car d i ovascular control and atten tional perfor mance .To collect these physi ca l and mental states data i n real tm i e and objectivel y ,a hybrid w ireless sensor net w ork is desi gned as the subjects of a teac her and st ude nts are mob ile .For m edical and ho m e usage ,li ce nse free IS M (i ndustr y ,sci ence ,m edical)radio frequency(RF )o f 2 4G H z Z i gBee w irel ess sensor node technology is usef u l [14 18].1 Syste m D escripti o nA s a secondary ai m ,the study i nvestigates i nter i nd i v i d ual differences i n task i nduced cardiovascular m odulat i ons .Porges [19]postulated an associat i on bet w een resti ng cardiac vagal tone and the ex tent o f card i ovascular react i v i ty .Th is is consistent w ith stud i es that have revealed m ore pronounced heart rate responses to var i ous st i m u li i n chil dren and adults w ith higher baseline heart rate variabili ty [19 21].Cardiovascular reacti v ity to cogniti ve de m a nds m ayalso rel ate to task perfor m ance .Duschek [22]found a positive correlat i on bet wee n systo lic and diastolic b l ood pressure in creases duri ng the executi on o f five attenti on tasks a nd the perfor mance on each o f the m.I n i nfants ,greater decreases of RS A duri ng m ental testing are related to higher f unct i onallevels [21].Inter i ndividual differences in cardiovasc ular mod ulation possi bly reflect different degrees of autono m ic adj ustm e nt asw ell asmot i vat i on on a task ,both of wh i ch m ay contri bute to perfor mance .H o w ever ,i nc onsiste nt findi ngs ,.i e .,m issi ng or even i nverse associat i ons bet w een car d i ovascu l ar reactivity a nd mental perfor m a nce ,have also been repor te d [23 24].T hus ,the curre nt state of research does not a llo w defi nite conclusi ons .The hardware of t he w ireless se nsor net works(W SN s)consists of the data co llecting and trans m itt i ng parts which w ill be attached to students and teachers .To re spect t hese stude nts and teachers w illi ngness to try this ne w device ,the nodes can be c onnected by ECG leads ,but a lso can be rejecte d by the connecti on of leads .The syste m is au to configure d i n the classr oo m.The application of W S N s for physi olog ical si gnal acquisition in the cl assroo m is sho wn i n F ig 1.Fig 1 The sm i p l e star conf i gurati on o f w i reless nodes i n class room1 1 D ata collecti ng and trans m itt i ng partsT his part is desi gned to collect and trans m it physiolog i ca ldata fro m t he subjects [3].W e collect t w o kinds of physi o l og i cal signals :electr ocar d i o si gnals and pulse si gnals fro m the subjects in this research .AD620is chosen as the pre a mpli fier for the a m plification of the weak bi oelectrical signals of 10to 20mV .The ECG uses three standar d lm i b leads (left ar m,ri ght ar m,right leg).T he pulse sensor uses PVDF pie zoelectric fil m w ith a te m perature co mpensati on co mpone nt and an i ntegrated si gnal circuit .A fter pre a mplification of about 100tm i es ,the signal is subjected to l o w pass and hi gh pass filters (5to 100H z).T o reduce the 50H z po w er li ne i nterfere nce ,the addit i onal notc h f ilter is designed before the signal is pro m oted to a posi tive DC level of 1 5V.The har dware block diagra m and cir cuit are shown i n F ig 2and F ig 3.F ig 4sho w s the picture of the se nsor node .The a nal og si gnals ar e di gitali zed usi ng a n A t me ga128m icr ocontroller s on c hi p ADC at a 200Hz sa mpli ng ratebecauseFig 2 Phy si o l og i ca l signa l acquisiti on hardw are block d i ag ramF i g 3 C ircuit pri nc i p l e b l o ck diagra m o f sen s o r i nput unitF ig 4 P i c t ure o f t he senso r nodethe frequency range of the physiolog ical si gnal is fro m 5to100H z .U si ng a hard w are SPI i nterface ,t he collected data are trans m itted by the w ireless sensor net wor k w it h the Z i g Bee protocol by a CC2420RF chip .A s t he gate way to a per sonal co mputer (PC ),the sink node co mm un icates w it h the PC thr ough a RS 232i nterface .1 2 Soft w are chart of data co llect i ng and trans m itting parts 1 2 1 Topo l ogy confi gurati on of theWSN T he WSN is expected to realize t he dyna m ic m anage m ent o f nodes ,suc h as the j o i nt and leave of the nodes ,serv ice d iscovery ,and dev ice auto configurat i on .The topology con tr o l can adapti vely organize certa i n numbers o f nodes to a net by certain m echan is m s .W e establish a star net wor k i n the intelli gent classr oo m.The sink node init i alizes the net work ,broadcasts its net work address and sca n c hanne,l and receives responses fr o m the ter m inal nodes ,whil e the ter m i nal nodes atte mpt to seek and joi n the net after i n itialization [4].1 2 2 Task sc he duling m echanis m I n our syste m,w e realize tasks such as data acqu isit i on ,storage ,processi ng and tr ans m ission ,usi ng the sm i ple F I F O (first in first out)task scheduli ng .The data str ucture used74Q i u W en ji ao ,and Zhang Yongku ii n the F I FO is a c irc ular que ue ;eac h ele m ent i n it i s a func t i on po i nter ,po i nti ng to the head address of the releva nt task .A ny task m ust enter t he task queue by a task subm it t i ng f unction and c ha nge the rear poi nter ,wh ile it can only run the task runn i ng functi onwhen t he front poi nter points to its function pointer .The tasks i n the queue w ill be exec uted successi vel y .A task can appear as one kind of operat i on ,wh ic h can only be interrupted by events such as cloc k i nter ruption ,A /D interrupti ons and so on ,but not by any othertasks [14].1 2 3 D esi gn of data packet The space nodes i n the classr oo m can collect vari ous phys i o l og ical data of st ude nts and env ir onm e nta l data .I n our sys te m,we use si x A /D channels f or the co llection of the si g nals of the ECG,2 axis accelerat i on ,pressure ,te mperature and hu m i d ity ,respectively .W e asse mble the gathered data (H ere it i s the pay l oad of the data pac ket)and so me othercontrol i nfor m at i on i nto a data packet [15 16].T he fra m e contr o l fi eld w ith a 2 byte leng t h defi nes the control infor m ati on or fra m e for m at .The data seque nce nu mber i de ntifies the data packets in an orderly fashion .The address conta i ns t he PAN I D ,destinat i on node s address and source node s address .T he payload is the data of si gna ls w e co llect fro m the students and the environment of the classroo m.W e put these data into a n array ,storing ECG,x axis accelerati on ,y ax is acceleration ,z ax is acceler at i on and pressure in seque nce for 5tm i es of circular sa mpling ,w ith te mperat ure and hu m idity data at t he e nd of the array . T he soft w are design of our proposed syste m is based on the Z ig Bee protoco.l H o wever ,our collected data has a h i gh data rate c o m pared to the ho me control syste m [25].W e take package trans m issi on m ethods to m i prove net wor k perf or m ance .F ig 5and F ig 6sho w the flo w c harts of the ter m i na l node and the sink node ,respective l y.Fig 5 F l ow cha rt o f t he ter m i na lnodeFig 6 F l ow cha rt o f t he si nk node1 3 G raphical user i nterface desi gnT he ter m i na l display and the si gna l pr ocess are sho wn i nF i g 7and F i g 8.A real tm i em onitori ng soft ware m i ple m en ted on the PC is created usi ng the LabV I E W progr a m.On the PC,t he ter m inal display a nd si gnal pr ocess can sho w the data of electrocardi o si gna ls ,pressure signals and accelera tion signals which are all m easured by the body se nsors and tra ns m itte d by the w ireless net wor k system.Fig 7 A n exa m ple o f m easuredsignalsF i g 8 The ter m i na l d is p lay and the si g na l pro ce ssI nteractions bet w een states of the autono m ic nervous syste m and cognit i ve perf or m ance have l ong been a tradit i on as a topic of psyc ho l og ical researc h .C lassic concepts fr o m mo tivational psyc ho l ogy suggested a n i nverted u shaped associa tion bet w een unspecif i c activation and m e nta l function i ng [5 6].A ccor ding to this ,the best f unctional conditi ons are expected at m i drange arousa,l and bot h over ar ousal75Physiol og i cal s i gnal acqu isiti on syste m based on w i reless se nsor net w orksand under arousal are acco m panied by decli nes i n perf or m ance.Cardi ovascular psyc hophysi ology has also contri buted to this li ne of researc h,the respecti ve models relating chan ges i n cardi ovascular activity to facilitat i on or inhi biti on of i nfor mat i on processi ng[7]or ener getic m obilizati on of the or ganis m when faced w ith a situati on requiri ng behav i oral ad j ust m e nt[8].H o wever,alt hough th i s certa i nly constitutes a benefici a l approac h,e m piricalwork in th i s fiel d re m ains rel at i vel y sparse[9].2 R esu lts and D iscussi o nT he attent i onal capac ity is assessed usi ng a classic letter cance ll at i on test[23].T asks of this type address the cogni t i ve co m ponents of selective and sustained attention that are undoubted l y of vast i m portance in everyday life[26 27]. In the test,subjects have to select and m ark as m any tar get sti m uli as possi b le i n a g i ven a m ount o f ti m e,and, hence,it also creates a certa i n load on the speed o f infor m ation processing.A utono m ic para m eters are recor ded under resting cond itions duri ng the exec ut i on of the task. O ne m ay assum e that features o f autono m ic control as sessed duri ng cognitive processi ng sho w the closest li nk to perf or m ance.On the other hand,on task m easures are i n fluenced by factors such as m enta l effort,e mo tiona l stress or sub jectively experienced task d ifficulty.I n contrast, base li ne m easures are free of these confounding variab les. T he fo ll ow ing predict i ons are m ade:1)T aking an i nverted u shaped assoc i at i on bet w een unspec ific sy m pathetic a rousal a nd m ental perf or m ance into account,a nd assum i ng an e xperm i ental situati on i n which sy mpathetic over act i v ity is unli kely to occ ur,an i nverse re l ationshi p bet ween RP I and atte ntional perfor mance may be expecte d;2)O n account of Por ges model[19],w e predict a positive correlati on bet ween the resting RSA and perfor mance;3)Our find i ngs on the baroreflex funct i on suggest t hat i ndividualsw ith an i ncreased BR S should e xhi b it poorer perfor mance[28];4)G i ve n the in verse associat i on bet ween oscillati ons in theM F ba nd a nd the m ental effort l oad,and supposing better perf or m ance i n the case of hi gher effort,t heM F po wer assessed duri ng task exe cut i on shou l d correlate ne gati vely w ith perfor mance;5)Con sideri ng Porges hypot hesis[19],we expect higher cardi ovas cular reactivity in indi v i duals w ith the hi gher rest i ng RS A;6)Even though the available database is so me what controver sia,l the li kel y assoc i ation bet ween mental effort and auto no m ic reactivity suggests str onger react i v ity to be related to better perfor m ance.3 Concl u sionIn this paper,w e develop a real tm i e,physiological data acquisiti on syste m f or educat i on assess m ent,wh i ch co m bi nes LabV I E W and w ireless sensor net wor ks,and w e fulfill the f unction of collecting,trans m itti ng,displ ay i ng and process i ng physiolog ical signals.In f uture w ork,we plan to add m ore f unctions to the ter m i nal display and si gnal process suc h as the e x traction of the special freque ncy spectru m s, and furt her psyc ho l og ical researches on the physi o l og ical si g nals fro m more subjects.F i nally,our subsequent consi dera t i on is to set up a more efficient m et hod to obtain physi o l ogi cal signals for assessing e motional states and mental reacti ons duri ng lear ning i n the classroo m.References[1]R a i nv ille P,Becha ra A,N aqv iN,et a.l Ba sic em o ti on s areasso ciated w ith d isti nc t pa tterns o f cardio re s p ira t o ry acti v ity [J].Int J P sychophy sio l,2006,61(1):5 18.[2]D uschek S,M uckentha ler M,W erner N,e t a.l R e l a tionshi p s be t w een fea t ures o f aut onom ic card i o va scu l ar contro l and cogn iti v e perfo r m ance[J].B i o l o g ica l P sycho l o gy,2009,81(2):110 117.[3]S te mm ler G.T he autonom i c diffe renti a ti on o f em o ti ons rev isited:conv erg en t and d iscri m i na te va lida tion[J].P sycho physi o l o gy,1989,26(6):617 631.[4]Izard C E,M alate sta C Z.P erspec tives on e m o ti ona l deve lop m ent[M].N ew Y o rk:W il ey,1987:494 554.[5]H eeb D O.D r i v es and the CN S[J].P sycho l Rev,1955,62(4):243 254.[6]Y erkesR M,D o ds o n J D.T he re l a tion o f streng th o f sti m ulus t o rapi d ity o f habit fo r m ati o n[J].Journa l o f Com pa ra tive N euro lo gy and P sycho log y,1908,18:459 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