Embedded software for ECG control in a wireless sensor network

Abstract

Η έξαρση και η συνεχής αύξηση των καρδιοπαθήσεων ανα τον κόσμο έχουν καταστήσει νέες μεθόδους παροχής ιατρικής περίθαλψης απαραίτητες. Η πρόσφατη τεχνολογική πρόοδος στους ασύρματους αισθητήρες και την κινητή τηλεπικοινωνία επιτρέπει νέα συστήματα περίθαλψης. Ειδικότερα, η διαθεσιμότητα μικρών, ελαφρών και εξαιρετικά χαμηλής ισχύος αισθητήρων δίνει νέες πιθανότητες για συνεχής παρακολούθηση ανθρώπινων βιοϊατρικών δεδομένων και επομένως επιτρέπει την πρόωρη ανίχνευση πιθανών παθήσεων. Επιπλέον , η ανάγκη για μείωση του μεγέθους των δεδομένων έχει οδηγήσει στη χρήση διαφόρων μεθόδων συμπίεσης. Ο σκοπός αυτής της πτυχιακής εργασίας είναι η δημιουργία ενός ενσωματωμένου λογισμικού για τον έλεγχο ηλεκτροκαρδιογραφήματος σε περιβάλλον ασύρματου δικτύου αισθητήρων. Ένσωματωμμένο λογισμικό είναι εκείνο το οποίο εγκαθίσταται μέσω ενός λειτουργικού συστήματος σε μια συσκευή καθορίζοντας ανάλογα την λειτουργία της. Ασύρματο Δίκτυο Αισθητήρων είναι ένα δίκτυο απο μικροσκοπικούς αισθητήρες(κόμβους του δικτύου) τοποθετημένους σε στρατηγικές θέσεις , σχεδιασμένο να μετραέι μεγέθη όπως θερμοκρασία,υγρασία, φωτεινότητα κτλ. Οι κόμβοι του δικτύου είναι μικροσκοπικές συσκευές οι οποίες στο εσωτερικό τους περιέχουν μικροεπεξεργαστή,πομποδέκτη,εξωτερική μνήμη,παροχή ισχύος , και ένα ή περισσότερα αισθητήρια όργανα. Ο σκοπός τους είναι να συλλέγουν πληροφορίες για το περιβάλλον τους , να επεξεργάζονται δεδομένα και να τα διανέμουν στο δίκτυο. Στην εργασία μας , το λειτουργικό σύστημα που θα χρησιμοποιήσουμε είναι το TinyOS από το Πανεπιστήμιο Berkeley της Καλιφόρνια. Το TinyOS χρησιμοποιεί τη γλώσσα nesC , μίε επέκταση της γλώσσας C . Επειδή δεν θα χρησιμοποιήσουμε hardware για , θα προσομοιώσουμε το λογισμικό με τη βοήθεια του προσομοιωτή MSPSim , προσομοιωτής του MSP430(μικροεπεξεργαστής για εφαρμογές εξαιρετικά χαμηλής ισχύος). Το λογισμικό μας θα εκτελεί τα εξής: 1)Εντοπίζει ένα ECG σήμα συλλέγοντας ένα αριθμό δειγμάτων 2)Επεξεργάζεται το σήμα με τεχνικές στο πεδίο της συχνότητας 3)Εκπέμπει το συμπιεσμένο σήμα με έναν RF πομποδέκτη , το CC2420 μικροτσίπ που περιλαμβάνει η αισθητήρια συσκευή Τέλος , θα προσομοιώσουμε το πρόγραμμά μας με την πλατφόρμα shimmer. Στόχος μας είναι να αναλύσουμε και να αξιολογήσουμε διάφορους τρόπους συμπίεσης του ECG σήματος και να ανιχνεύσουμε εκείνες που επιτυγχάνουν μείωση της καταναλισκώμενης ισχύος. Θα καταλήξουμε σε αυτό το συμπέραμα μέσω μετρήσεων και συγκρίσεων απο τον MSPSim προσοποιωτή.

The widespread cardiovascular diseases around the world and their constant rise have rendered new ways of healthcare delivery imminent. Recent technological advances in wireless sensors and mobile communication enable new types of healthcare systems. Especially the availability of small, lightweight and ultra-low power sensors gives new possibilities for a continuously monitoring of human biomedical data and therefore allows an early detection of potential illness. Furthermore, the need for data size reduction has lead to the use of various compression techniques. The purpose of this bachelor thesis is to create an embedded software for the control of an electrocardiograph signal in a wireless sensor network. An embedded software is a software installed via an operating system on a hardware device thus designating the device's behavior accordingly. A wireless sensor network(WSN) is a network of sensor nodes (also known as motes) placed in strategic locations designated to measure temperature, light, humidity etc. Sensor nodes are tiny hardware devices that contain a microprocessor, a transceiver, an external memory , power supply and one or more sensors . Their purpose is to gather information about their environment, process data and send them throughout the network. In our project the operating system we will use to program the embedded software is the open source system TinyOS from Berkeley University of California. TinyOS uses the nesC language, an extension of C programming language. Since we won't be using any hardware for a wide variety of reasons we will simulate our software with the help of the mspsim simulator an MSP430(an ultra low-power microprocessor that most of the motes contain) simulator. Our software will perform the following: 1) Sense an ECG signal by getting a number of ECG samples. 2) Modify the signal with a Frequency-Domain Technique 3) Transceive the modified signal with an RF Transceiver the CC2420 chip that the mote contains. Also we will simulate our software with the shimmer mote. Our goal is to analyze and evaluate different methods for compressing the ECG signal and detect the methods that succeed power consumption. We expect to reach this conclusion by gathering data from the MSPSim simulator and compare the results.