近年來，心律變異性（Heart rate variability，HRV），一直是相當熱門的研究，在諸多非侵入式量測的生理信號中，是最常使用的，也最具有參考價值，而無線感測網路Zigbee之技術相當成熟，其應用也相當多，從保全系統、醫療系統、自動化系統等等，其技術擁有低成本、低耗電可應用於長時間監控。
   本論文主要目的，是將HRV訊號應用於Zigbee無線傳輸系統，使HRV與Zigbee做結合，改變目前測試方式，將有線系統轉換成無線系統，以克服環境上之限制，及探討Zigbee無線系統之無線傳輸距離與天線涵蓋範圍，進而分析無線HRV訊號。

In recent years, the Heart Rate Variability (HRV) has been a popularly studied subject. Among various non-invasive measurements of physiological signal, the HRV is an extensively utilized data to provide the most valuable physiological reference. The Zigbee technology is a rather mature technology it has the advantages of low cost, low power consumption and can be applied in long-time monitoring; it has many practical applications such as in the fields of security system, medication system and automation system.
The task of this report is to apply HRV in the Zigbee-implemented wireless transmission system and to Integrate HRV and Zigbee together to change the current HRV transmission from the wired one into the wireless system. The characteristics of the wireless HRV signals will be investigated; it will study the possible transmission and coverage range of the integrated Zigbee-HRV wireless transmission system and try to remove the restriction of its transmission in the wired environment.

目錄

第一章	緒論 ………………………………………………………1
1.1 研究動機與目的…………………………………………………1
1.2 研究方法………….…………………………………………….2
1.3 各章節提要………………………………………………………2
第二章	系統單元概述 ……………………………………………3
2.1 心律變異性HRV (Heart rate variability)…………………3
2.2 Zigbee之規格簡介………………………………………………9
2.3 Zigbee在2.4G Band之干擾……………………………………10
2.4 Zigbee硬體裝置與網路……………………………………….12
2.5 Zigbee之技術優勢…………………………………………….14
第三章	系統架構與設計 ……………………………………….15
3.1 HRV無線傳輸系統架構…………………………………………15
3.2 系統整合工作流程…………………………………………….20
第四章	系統測試與分析 ……………………………………….22
4.1 High Gain天線與系統傳輸距離之測試………………………22
4.2 寬頻指向性天線與系統傳輸距離之測試…………………….28
4.3 HRV訊號之量測…………………………………………………31
4.4 HRV訊號之分析…………………………………………………41
第五章	結論與未來展望 ……………………………………….50
5.1 系統設計之重點……………………………………………….50
5.2 未來展望……………………………………………………….52
參考目錄…………………………………………………………….53
 
圖目錄

圖 2.1 	ECG波形……………………………………………………3
圖 2.2 	心跳間距(R-R interval)……………………………….4
圖 2.3 	心律變異性之分析流程圖……………………………….5
圖 2.4 	心律變異性之頻域分佈區域…………………………….6
圖 2.5 	HRV模組/KY202-M1……………………………………….8
圖 2.6 	KY202-M1功能方塊圖…………………………………….8
圖 2.7 	Zigbee頻帶通道…………………………………………10
圖 2.8 	Zigbee與IEEE 802.11B之干擾頻帶……………………11
圖 2.9 	Zigbee星狀網路…………………………………………13
圖 2.10 	Zigbee樹狀網路與網狀網路……………………………13
圖 3.1 	Zigbee無線設備實體圖…………………………………15
圖 3.2 	Zigbee無線設備之方塊圖………………………………16
圖 3.3 	Zigbee無線設備之電路圖………………………………16
圖 3.4 	HRV無線發射端系統圖………………………………….17
圖 3.5 	HRV無線發射端之線路圖……………………………….18
圖 3.6 	HRV無線發射端之消耗電流…………………………….19
圖 3.7 	Zigbee無線接收端………………………………………19
圖 3.8 	HRV無線傳輸系統方塊圖……………………………….20
圖 3.9 	HRV無線傳輸實際系統圖……………………………….20
圖 3.10 	HRV無線傳輸系統流程圖……………………………….21
圖 4.1 	5dBi天線與天線特性……………………………………23
圖 4.2 	5dBi天線2D場型…………………………………………23
圖 4.3 	5dBi天線3D場型…………………………………………24
圖 4.4 	7dBi天線與天線特性……………………………………24
圖 4.5 	7dBi天線2D場型…………………………………………25
圖 4.6 	7dBi天線3D場型…………………………………………25
圖 4.7 	實測地點-華亞科技園區科技一路…………………….26
圖 4.8 	系統接收端環境…………………………………………26
圖 4.9 	5dBi天線與7dBi天線……………………………………27
圖 4.10 	系統設備與測試連結……………………………………27
圖 4.11 	指向性Antenna………………………………………….29
圖 4.12 	實測地點-公司內部…………………………………….29
圖 4.13 	無線基地台之干擾………………………………………30
圖 4.14 	7dBi天線與指向性天線…………………………………30
圖 4.15 	系統測試示意圖…………………………………………31
圖 4.16 	HRV量測方法A……………………………………………32
圖 4.17 	HRV量測方法B……………………………………………32
圖 4.18 	ECG測試貼片…………………………………………….32
圖 4.19 	IHR即時顯示程式……………………………………….34
圖 4.20 	HRV資料紀錄程式……………………………………….34
圖 4.21 	HRV資料分析程式……………………………………….35
圖 4.22 	即時IHR顯示…………………………………………….36
圖 4.23 	HRV資料顯示…………………………………………….36
圖 4.24 	IHR資料顯示…………………………………………….37
圖 4.25 	HR資料顯示………………………………………………37
圖 4.26 	SD資料顯示………………………………………………38
圖 4.27 	TP資料顯示………………………………………………38
圖 4.28 	HF資料顯示………………………………………………39
圖 4.29 	LF資料顯示………………………………………………39
圖 4.30 	VL資料顯示………………………………………………40
圖 4.31 	LF/HF資料顯示………………………………………….40
圖 4.32 	晚餐前後之LF/HF……………………………………….41
圖 4.33 	晚餐前後之HR……………………………………………42
圖 4.34 	晚餐前後之SD……………………………………………42
圖 4.35 	飲用咖啡前後之LF/HF………………………………….43
圖 4.36 	飲用咖啡前後之HR………………………………………44
圖 4.37 	飲用咖啡前後之SD………………………………………44
圖 4.38 	跑步前後之LF/HF……………………………………….45
圖 4.39 	跑步前後之HR……………………………………………45
圖 4.40 	跑步前後之SD……………………………………………46
圖 4.41 	正常人與輕微高血壓病患之LF/HF…………………….46
圖 4.42 	正常人與輕微高血壓病患之HR…………………………47
圖 4.43 	正常人與輕微高血壓病患之SD…………………………47
圖 4.44 	正常人與心律不整病患之LF/HF……………………….48
圖 4.45 	正常人與心律不整病患之HR……………………………48
圖 4.46 	正常人與心律不整病患之SD……………………………49 
圖 5.1 	HRV無線系統結合WiMAX系統示意圖……………………51








 

表目錄

表2.1	RV頻域分佈指摽………………………………………7
表2.2	IEEE 802.15.4 使用頻帶及無線速率……………………9
表2.3	IEEE 802.15.4 各頻帶之調變技術………………………9
表2.4	2.4GHz無線技術比較表……………………………14
表4.1    系統傳輸距離測試結果..………………………………28
表4.2    指向性天線傳輸距離測試結果…………………………31
表4.3    HRV模組資訊代表之意義………………………………33

[1]翁根本 何慈育 歐善福 林竹川 謝凱生, “心律變動性分析”,臺灣醫界, Vol.52, 2009, pp. 290-293.

[2]台灣科學地股份有限公司, http://www.taiwanscientific.com.tw/WhatIsHRV.html, “什麼是HRV”, 2005 

[3]American Heart Association Inc, “Heart Rate Variability Standards of Measurement, Physiological Interpretation and Clinical Use”, Circulation, Vol.93, 1996, pp. 1044-1060.

[4]K&Y Lab, “ KY202-M1 Heart Rate Variability Processing Module Data Sheet”, 2009

[5]IEEE Standard for Information technology, “IEEE Std 802.15.4™”, 2006, pp. 27-29

[6]黃鴻翔碩士論文, “支援跳頻之IEEE802.15.4 Zigbee無線隨身網路機制設計與實現”, 國立中央大學通訊工程所, 2007

[7]Crossbow Technology Inc, http://www.xbow.com/products/Product_pdf_files/Wireless_pdf/ZigBeeandWiFiInterference.pdf, “ Avoiding RF Interference Between WiFi and Zigbee”

[8]禾伸堂企業股份有限公司消費元件事業群, “ZigBee™介紹”, 2007

[9]TEXAS INSTRUMENETS, “Application Note AN086-Using CC2591 Front End with CC2530/1”, 2009

[10]資策會MIC, “群蜂起舞-Zigbee發展技術現狀”,情報顧問產業研究報告, 2004