路由節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) - 基于ZigBee和紅外技術(shù)的病房監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　4.2 路由節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　路由節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖3 所示，其功能是發(fā)送參考位置識別碼，轉(zhuǎn)發(fā)終端和其他路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。路由節(jié)點(diǎn)采用市電經(jīng)電源降壓轉(zhuǎn)換成直流后供電，其紅外發(fā)射模塊受處理器控制，不停向外發(fā)射一個(gè)位置識別碼信息（預(yù)先設(shè)定好），由于紅外線信號不會(huì)穿透房間里墻壁、天花板等障礙物，但在發(fā)射過程中，信號會(huì)在任何物品上發(fā)射，因此，只要終端節(jié)點(diǎn)位于發(fā)射范圍內(nèi)，且沒有被不透明物體完全遮蓋，那么終端節(jié)點(diǎn)就能接收病房內(nèi)路由節(jié)點(diǎn)發(fā)出的紅外線，而不會(huì)接收隔壁病房內(nèi)路由節(jié)點(diǎn)發(fā)射的紅外信號，這樣就能準(zhǔn)確確定患者的位置信息。在病房外的走廊等其他位置裝上這種路由節(jié)點(diǎn)后，即使患者在病房外也能準(zhǔn)確確定患者所在位置。傳感模塊用來監(jiān)測環(huán)境溫濕度和煙霧信息，在患者所在環(huán)境不適合患者時(shí)能及時(shí)采取措施，同時(shí)還兼具火災(zāi)報(bào)警的功能。

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圖3 路由節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

　　4.3 網(wǎng)關(guān)控制器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　網(wǎng)關(guān)由控制模塊、ZigBee 模塊、TCP/IP 模塊、觸摸屏模塊、存儲模塊、電源管理模塊、自定義鍵盤和蜂鳴器模塊，硬件架構(gòu)如圖4 所示。

　　控制模塊由ST 公司的ARM9 處理器STR912 和外圍電路構(gòu)成。STR912 可達(dá)到96 MIPS 的峰值性能。在ARM966E-S 內(nèi)核里能夠執(zhí)行單周期的DSP 指令，同時(shí)配備了以太網(wǎng)、USB和CAN 總線接口，內(nèi)置高達(dá)544 KB 的Flash、96 KB 的SRAM。

　　這些外設(shè)使STR912 成為一個(gè)將嵌入式應(yīng)用連接到本地局域網(wǎng)或者因特網(wǎng)的理想單芯片解決方案。網(wǎng)關(guān)上的ZigBee 模塊（ZigBee Coordinator）起ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器作用，在控制器的控制下，負(fù)責(zé)組建、管理整個(gè)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)，接收ZigBee 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，通過串口傳給主控制器，主控制器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TCP/IP 協(xié)議格式的數(shù)據(jù)，通過路由器，接入到Intranet網(wǎng)絡(luò)，向Intranet 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實(shí)時(shí)傳送數(shù)據(jù)，控制器內(nèi)嵌入WEB 服務(wù)器，監(jiān)控端用戶可以直接登錄到嵌入式WEB 服務(wù)器查詢實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，發(fā)送控制命令，也可通過Intranet網(wǎng)絡(luò)登錄到主機(jī)服務(wù)器查詢歷史數(shù)據(jù)。查詢工具可用有WEB瀏覽器的PC 機(jī)或是PDA 等設(shè)備。存儲器模塊是用來作為數(shù)據(jù)緩存，以防Intranet 網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定時(shí)，能將ZigBee 網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)及時(shí)存儲，以防數(shù)據(jù)丟失，Intranet 網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定后再將數(shù)據(jù)傳送感到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。網(wǎng)關(guān)控制器布置在護(hù)士監(jiān)護(hù)中心，當(dāng)有患者呼叫時(shí)，蜂鳴器發(fā)出呼叫信號，同時(shí)顯示發(fā)出呼叫信息的患者位置等信息，值班護(hù)士確認(rèn)后蜂鳴器關(guān)閉，同時(shí)向發(fā)出呼叫的患者節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)信息。護(hù)士趕到患者病房后關(guān)閉患者節(jié)點(diǎn)的呼叫等待狀態(tài)。

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圖4 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

　　4 系統(tǒng)軟件平臺架構(gòu)

　　系統(tǒng)使用IAR Embedded Workbench 平臺，在TI 公司開發(fā)的Z-Stack 協(xié)議?；A(chǔ)上，根據(jù)本系統(tǒng)需要裁剪修改協(xié)議棧，定制應(yīng)用程序下載到節(jié)點(diǎn)模塊。網(wǎng)關(guān)模塊通過裁剪移植μC/OS-II 操作系統(tǒng)，通過在μC/OS-II 上移植TCP/IP 協(xié)議棧LwIP，利用μC/GUI 作為圖形界面設(shè)計(jì)工具，使用EasyWEB-API 實(shí)現(xiàn)一個(gè)動(dòng)態(tài)的HTTP-Server 頁面，實(shí)現(xiàn)嵌入式web服務(wù)器定制和動(dòng)態(tài)交互網(wǎng)頁設(shè)計(jì)。通過TCP/IP 模塊，將網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳送到基于網(wǎng)絡(luò)管理平臺中的數(shù)據(jù)庫中。

　　基于網(wǎng)絡(luò)的管理平臺采用B/S（Browser/ Server）結(jié)構(gòu)，客戶端只需裝有Web 瀏覽器即可，服務(wù)器端連接客戶端和數(shù)據(jù)服務(wù)器，負(fù)責(zé)處理來自瀏覽器用戶的請求。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器保存系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的定義、維護(hù)、訪問、更新及管理，并響應(yīng)服務(wù)器的請求[5]。采用SQL SERVER 2005，利用ADO.NET技術(shù)將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。遠(yuǎn)程WEB 服務(wù)器使用微軟的ASP.NET 技術(shù)開發(fā)了基于B/S 架構(gòu)的數(shù)據(jù)管理服務(wù)軟件。整個(gè)管理軟件分為前臺頁面和后臺管理兩大模塊，前臺頁面主要實(shí)現(xiàn)了用戶可視化管理，方便用戶隨時(shí)查看、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

　　后臺管理主要有3 大模塊：①終端節(jié)點(diǎn)信息與患者信息的綁定與刪除；②路由節(jié)點(diǎn)信息與病房號綁定與刪除；③管理系統(tǒng)的維護(hù)。Intranet 用戶通過授權(quán)可以查看訪問WEB 服務(wù)器查看病人信息。Intranet 網(wǎng)絡(luò)通過防火墻和外部Internet網(wǎng)絡(luò)相連，這樣外網(wǎng)用戶只要可以接入Internet 網(wǎng)絡(luò)，通過授權(quán)就可以訪問醫(yī)院內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

　　5 結(jié)語

　　針對目前醫(yī)院監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的局限，提出了一種基于ZigBee 和紅外技術(shù)的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)架構(gòu)、節(jié)點(diǎn)硬件及軟件設(shè)計(jì)。方案基于無線網(wǎng)絡(luò)方式，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與Intranet 網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，同時(shí)具備遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。在后續(xù)的工作中將進(jìn)一步擴(kuò)展終端節(jié)點(diǎn)的功能，如能夠同時(shí)測量除體溫以外的其他體征參數(shù)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定性。

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