基于ZigBee和紅外技術(shù)的病房監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　引言

　　目前中國(guó)國(guó)內(nèi)的醫(yī)院病房監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，基本上還是通過有線方式向監(jiān)護(hù)中心傳遞數(shù)據(jù)，需要布線，要進(jìn)行穿墻或過天花板，工作繁瑣，且無法自由移動(dòng)和擴(kuò)充，不便于維護(hù)，特別是在緊急情況下，線纜可能影響及時(shí)救治。比如病房里的呼叫系統(tǒng)都是通過有線的方式連接到護(hù)士監(jiān)控中心，呼叫按鈕裝置在病房的墻上，緊急情況下病人可能無法按動(dòng)呼叫按鈕而引發(fā)危險(xiǎn)事故。

　　尤其是人工測(cè)量患者體溫，不但增加了醫(yī)護(hù)人員的工作量，還影響病房病人的恢復(fù)休息，也不便于對(duì)病人生命體征信息的統(tǒng)計(jì)。所以研制開發(fā)低成本、低功耗、高可靠性、易擴(kuò)展、配置靈活的無線病房監(jiān)護(hù)系統(tǒng)就具有普遍的意義和現(xiàn)實(shí)的價(jià)值。

　　1 短距離無線通信基礎(chǔ)

　　為實(shí)現(xiàn)無線節(jié)點(diǎn)、路由器之間的互通，必須要有相應(yīng)統(tǒng)一的無線網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)。目前熱門的短距離互聯(lián)技術(shù)有：

　　ZigBee、超寬帶（UWB）、藍(lán)牙（Bluetooth）、無線局域網(wǎng)（Wi-Fi）、近距離無線傳輸（NFC）。其中ZigBee 是一種適合于近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于近距離無線連接，它依據(jù)IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器節(jié)點(diǎn)之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信，這些傳感器節(jié)點(diǎn)只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，其通信效率很高，相對(duì)于現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù)， ZigBee 技術(shù)將是最低功耗和成本的技術(shù)， 其出發(fā)點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)一種易實(shí)現(xiàn)的低成本無線網(wǎng)絡(luò)，為實(shí)現(xiàn)無所不在的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造了條件。

　　以測(cè)量患者體溫和所在病房室內(nèi)溫度為例，提出了一種基于ZigBee 協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)病房監(jiān)護(hù)系統(tǒng)解決方案，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者體溫、病房環(huán)境溫度參數(shù)和患者的求助呼叫信號(hào)，同時(shí)可以對(duì)病人實(shí)現(xiàn)房間級(jí)的定位，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸?shù)奖O(jiān)護(hù)中心進(jìn)行分析。

　　2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

　　整個(gè)系統(tǒng)由終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)控制器（Gateway）和網(wǎng)絡(luò)主機(jī)服務(wù)器（包括WEB 服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器）組成，其中路由節(jié)點(diǎn)是全功能設(shè)備（FFD），終端節(jié)點(diǎn)是精簡(jiǎn)功能設(shè)備（RFD）。其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。終端、路由、網(wǎng)關(guān)組成底層ZigBee 網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)方式采用樹狀網(wǎng)絡(luò)，路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)之間通過紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)患者房間級(jí)定位。終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集患者體溫?cái)?shù)據(jù)，傳送患者呼叫信號(hào)，信息通過路由節(jié)點(diǎn)中繼到網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)為一嵌入式WEB 服務(wù)器，其負(fù)責(zé)連接遠(yuǎn)程Internet 主機(jī)服務(wù)器和底層無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，承擔(dān)著底層 802.15.4 協(xié)議和高層Internet 協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，采用TCP/IP 協(xié)議將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存入Intranet 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。

　　服務(wù)器端采用基于網(wǎng)絡(luò)的管理平臺(tái)，醫(yī)生和值班護(hù)士通過PC或PDA 等設(shè)備，以WEB 瀏覽器方式查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中的歷史數(shù)據(jù)，及時(shí)做出診斷。

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圖1 病房監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

　　4.1 終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)的ZigBee 模塊選用TI ZigBee SoC 芯片CC2430,片上集成高性能8051 內(nèi)核、ADC、USART 等，兼容ZigBee 規(guī)范。這是一個(gè)方便用戶實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比、高集成度的ZigBee解決方案。

　　終端節(jié)點(diǎn)如圖2 所示，CC2430 為終端節(jié)點(diǎn)的中心控制模塊，控制所有外圍設(shè)備。傳感模塊采集患者體溫，紅外接收模塊用來接收路由節(jié)點(diǎn)發(fā)送的位置識(shí)別碼（如病房號(hào)），終端節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)把該位置識(shí)別碼連同節(jié)點(diǎn)的ID 號(hào)一同傳送出去，以實(shí)現(xiàn)房間級(jí)定位。由于終端節(jié)點(diǎn)采用電池供電，為節(jié)省能量，當(dāng)節(jié)點(diǎn)不需要向外發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，關(guān)閉紅外接收功能。液晶模塊選用3 位8 字段式液晶模塊，用于顯示所測(cè)量的患者體溫信息。

　　終端節(jié)點(diǎn)亦可當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的數(shù)字溫度計(jì)使用。按鍵和LED 模塊用于緊急呼叫，病人需要護(hù)士的幫助時(shí)，按節(jié)點(diǎn)上的呼叫按鈕即可向護(hù)士值班中心發(fā)送呼叫信號(hào)，呼叫信號(hào)連同患者的位置信息和患者所帶節(jié)點(diǎn)ID 一同傳送到護(hù)士值班中心。若呼叫信號(hào)發(fā)送失敗，則紅色LED 燈閃爍，患者可重新呼叫；若呼叫成功，則節(jié)點(diǎn)上紅色LED 長(zhǎng)亮，直到護(hù)士值班室響應(yīng)請(qǐng)求信號(hào)后，紅色LED 燈熄滅，綠色LED 燈閃爍，等待護(hù)士到來后再次按下呼叫按鈕，綠色LED 燈熄滅。

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圖2 終端節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)