BITalino + XBee 串口通信实现远程生理信号采集

作者：科采通

一、项目背景与应用场景

BITalino 是一款开源、低成本的生理信号采集套件，适用于科研、教学和可穿戴设备开发。然而，其默认使用的是蓝牙通信模块（BLE），这在某些需要中远距离、低功耗、组网能力的场景中存在局限。

为解决此问题，本文将介绍如何将 BITalino 的蓝牙模块替换为 Zigbee（XBee）通信模块，实现远程 ECG（心电）、EDA（皮肤电）、EMG（肌电）等信号的无线传输，适用于如远程医疗监测、传感器网络、工业设计等领域。

BITalino

二、原理概述：BITalino 支持 UART 通信

BITalino 的蓝牙模块是通过 UART（串口通信） 与主控板通信的，这意味着我们可以将其替换为任何 UART 兼容模块，例如：

• XBee（Zigbee 模块）
• ESP8266/ESP32（WiFi 模块）
• LoRa 模块

我们此次选用的方案是 XBee S1（Zigbee 802.15.4），通信距离远，功耗低，稳定可靠。

三、硬件准备清单

四、接线图与连接说明

发送端（BITalino → XBee）接线：

⚠️ 注意事项：

• BITalino TX 接到 XBee 的 DIN（数据输入）
• BITalino RX 接到 XBee 的 DOUT（数据输出）
• 电平电压要匹配，建议使用双向电平转换器保护设备

接收端（PC ← XBee）连接：

• 使用 XBee USB 适配器插入电脑
• 利用串口工具（如 TeraTerm、XCTU 或 Python 脚本）接收数据

五、XBee 模块配置（透明串口模式）

使用 XCTU 工具配置两个 XBee 模块，设置方法如下：

• 模块 A（发送端）
  • PAN ID: 1234
  • DH/DL（目标地址）: 设置为模块 B 的地址
  • Baud Rate: 115200（与 BITalino 默认一致）
• 模块 B（接收端）
  • PAN ID: 1234
  • DH/DL: 设置为模块 A 的地址
  • 同样使用透明模式

这样两端就像一根“无线串口线”，数据可以直接从 A 发送到 B。

六、Python 接收端程序示例

你可以使用 Python 读取并解析 ECG 数据流：

python复制编辑import serial

# 替换为你的串口号
ser = serial.Serial('COM5', 115200)

while True:
    frame = ser.readline()
    print(frame)

若需按 BITalino 协议解析生理信号帧，可使用 BITalino Python SDK 或手动按帧格式拆解。

七、采集效果展示

• ✅ 采集 ECG 信号
• ✅ 实时传输到 PC（无需蓝牙）
• ✅ 多个接收端可组网监听
• ✅ 信号质量稳定（建议测试不同间距与干扰条件）

可拓展案例：

• 心电监测自行车把手
• 医院病床远程监测系统
• 植物交互艺术装置

八、注意事项与优化建议

• 降低波特率可提升稳定性（如 57600）
• 尽量减少同时开启的传感器数量
• 避免 Zigbee 与 WiFi 频段冲突
• 采样频率受限于串口带宽，必要时可进行数据压缩

九、总结

通过 UART 串口的高度开放性，BITalino 完全支持通信模块的自定义替换。本项目展示了将 BLE 替换为 Zigbee（XBee）模块以实现远程无线生理信号传输的完整流程，极大拓展了 BITalino 在物联网与健康科技领域的应用潜力。