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

　　引言

　　目前中國國內(nèi)的醫(yī)院病房監(jiān)護系統(tǒng)，基本上還是通過有線方式向監(jiān)護中心傳遞數(shù)據(jù)，需要布線，要進行穿墻或過天花板，工作繁瑣，且無法自由移動和擴充，不便于維護，特別是在緊急情況下，線纜可能影響及時救治。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呼叫按鈕而引發(fā)危險事故。

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

　　1 短距離無線通信基礎(chǔ)

　　為實現(xiàn)無線節(jié)點、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)通信標準。目前熱門的短距離互聯(lián)技術(shù)有：

　　ZigBee、超寬帶（UWB）、藍牙（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 標準，在數(shù)千個微小的傳感器節(jié)點之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信，這些傳感器節(jié)點只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳節(jié)點到另一個傳感器節(jié)點，其通信效率很高，相對于現(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)點就是實現(xiàn)一種易實現(xiàn)的低成本無線網(wǎng)絡(luò)，為實現(xiàn)無所不在的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造了條件。

　　以測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)護系統(tǒng)解決方案，可實時監(jiān)測患者體溫、病房環(huán)境溫度參數(shù)和患者的求助呼叫信號，同時可以對病人實現(xiàn)房間級的定位，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸?shù)奖O(jiān)護中心進行分析。

　　2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

　　整個系統(tǒng)由終端節(jié)點、路由節(jié)點、網(wǎng)關(guān)控制器（Gateway）和網(wǎng)絡(luò)主機服務(wù)器（包括WEB 服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）組成，其中路由節(jié)點是全功能設(shè)備（FFD），終端節(jié)點是精簡功能設(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)點和終端節(jié)點之間通過紅外技術(shù)實現(xiàn)患者房間級定位。終端節(jié)點負責(zé)采集患者體溫數(shù)據(jù)，傳送患者呼叫信號，信息通過路由節(jié)點中繼到網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)為一嵌入式WEB 服務(wù)器，其負責(zé)連接遠程Internet 主機服務(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)實時存入Intranet 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

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

?

圖1 病房監(jiān)護系統(tǒng)

　　4.1 終端節(jié)點設(shè)計

　　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。這是一個方便用戶實現(xiàn)高性價比、高集成度的ZigBee解決方案。

　　終端節(jié)點如圖2 所示，CC2430 為終端節(jié)點的中心控制模塊，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)點發(fā)送的位置識別碼（如病房號），終端節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)時把該位置識別碼連同節(jié)點的ID 號一同傳送出去，以實現(xiàn)房間級定位。由于終端節(jié)點采用電池供電，為節(jié)省能量，當節(jié)點不需要向外發(fā)送數(shù)據(jù)時，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，用于顯示所測量的患者體溫信息。

　　終端節(jié)點亦可當作一個獨立的數(shù)字溫度計使用。按鍵和LED 模塊用于緊急呼叫，病人需要護士的幫助時，按節(jié)點上的呼叫按鈕即可向護士值班中心發(fā)送呼叫信號，呼叫信號連同患者的位置信息和患者所帶節(jié)點ID 一同傳送到護士值班中心。若呼叫信號發(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)點上紅色LED 長亮，直到護士值班室響應(yīng)請求信號后，紅色LED 燈熄滅，綠色LED 燈閃爍，等待護士到來后再次按下呼叫按鈕，綠色LED 燈熄滅。

?

圖2 終端節(jié)點結(jié)構(gòu)