ZigBee技術和STM32用于醫院房管理的研究

林飛宇　夏興洋　湯建華　葉鴻達（西華大學電氣與電子信息學院，四川成都　610039）

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ZigBee技術和STM32用于醫院房管理的研究

林飛宇夏興洋湯建華葉鴻達
（西華大學電氣與電子信息學院，四川成都610039）

【摘 要】ZigBee是一種短距離無線通信技術，在工控、民用等領域應用廣闊；Zigbee具有低價位、低功耗、短距離、傳輸可靠性高、安裝設置簡單等特點，這些特點使得其在家庭自動化、照明系統、工業控制和監控、醫療保健等領域得到廣泛應用；本文闡述了ZigBee的技術特點、基本原理及提供了一種用于醫院病房管理方案。

【關鍵詞】ZigBee無線通信低功耗低價位病房管理

1　引言

我國人口數量巨大，醫療資源緊張，醫護人員對病人的在院治療及康復有著極其重要作用，其工作質量、負責程度直接影響到在院病人的康復及醫院的聲譽；醫護人員的素質差異、及工作負荷差異等因素造成了難以對其工作質量的評估；為了有效的提高醫務人員的利用率，傳統的有線呼叫系統已經不適用于大型醫院的病房管理，并且它具有安裝連線復雜、出故障后檢修困難、成本高、性能單一等缺點，不能提供完善的病房服務及管理，也不能考核醫護人員護理質量；有些醫院雖然是安裝的無線呼叫系統，但是存在穩定性差、能耗大、功能單一、不便于組網等缺點。為解決上述問題，本文闡述了ZigBee技術和微控制器STM32用于病房管理，其優點是：能無線呼叫醫護人員、能考核醫護人員的工作質量、能在液晶上顯示信息、操作簡單、安裝簡便、成本低、可靠性高、低功耗、手持便攜等特點。

2　ZigBee技術的特點及系統

2.1ZigBee技術的主要特點

ZigBee的底層技術基于IEEE 802.15.4協議，它的物理層和媒體訪問控制層直接使用了IEEE 802.15.4的定義；它是新興的一種短距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、高可靠度的廉價無線網絡通信技術，在普通干電池供電下，可工作長達一年以上，它的協議棧是免費使用的，它的響應速度快、網容量大，它在IT行業中有巨大的發展前景，ZigBee技術的簡單可靠，改良了近距離通信方式，提升了通信質量。

2.2嵌入了ZigBee技術的單片機——CC2530

CC2530是德州儀器公司出產的一款芯片，專門用于2.4GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE應用。CC2530的特點包括以下幾個方面：

（1）外圍電路簡單：需要極少的外接元件，一個晶振即可滿足網狀網絡系統。

（2）低功耗：1）主動模式RX（CPU空閑）：24mA； 2）主動模式TX （CPU空閑）：29mA；3）供電模式1（4us喚醒）：0.2mA；4）供電模式2（睡眠定時器運行）：1uA；5）供電模式3（外部中斷）：0.4uA；6）寬電源電壓范圍（2V--3.6V）。

（3）嵌入微控制器：優良的性能和具有代碼預取功能的低功耗8051微控制器內核；32-、64-或128-KB的系統可編程閃存；8-KB RAM，具備在各種供電方式下的數據保持能力；支持硬件調試。

（4）有豐富的外設：五通道的DMA，一個16位定時器和一個8位定時器，IR發生電路，具有捕獲功能的32KHz睡眠定時器，8路數輸入和可被指分辨率的12位ADC，電池監視和溫度傳感器，2個串行通信的USART，21個通用I/O引腳，看門狗定時器。

圖1　監控終端硬件框圖

圖2　路由節點

圖3　病人節點

3　基于ZigBee及微控制器的醫院病房管理系統

3.1管理方案

本方案基于ZigBee技術和STM32組成的呼叫系統，它是由病人手持節點、護士便攜節點、路由節點和監控終端組成。

病人手持節點處有緊急呼叫按鈕、普通呼叫按鈕和服務評價按鈕，病人可以通過呼叫按鈕呼叫醫護人員，病人手持節點將床位信息通過路由節點發送到監控終端，監控終端根據護士的服務標記情況分配護士到位服務，并標記服務直到服務結束或護士便攜終端無服務回應；即使醫護人員離病房較遠也可以接收到監控終端信息，并且監控終端會根據病人節點傳來的服務評價信息統計并存儲醫護人員的服務質量。

監控終端對病人手持節點的呼叫響應、及分配護士服務，可根據病人評價、勞動負荷及工作質量進行分配響應，而這些數據由醫護人員服務次數以及病人評價自動由監控終端統計并存儲。監察人員可以定期對這些數據進行考察，來評估醫護人員的工作質量，確保病人的醫治質量以及醫院聲譽。

3.2方案特點

本管理方案能及時響應病人不同類型的呼叫請求，能夠提升醫護人員的護理質量，能方便的統計和考察醫護人員的工作質量，提高醫護人員的利用率；本方案的設計簡單，不需要復雜的技術支持，采用無線組網，使醫護人員不必守在監護辦公室，可以在網絡覆蓋范圍內任意移動而不耽誤對病人的監護任務。

3.3硬件系統設計

3.3.1監控終端

監控終端主要對網絡的運行情況進行實時監控，監督各病區護士給病人提供護理服務的情況，同時統計病人在接受服務后給予的呼叫評價消息并存儲，它由主控制器STM32F103、CC2530模塊、電源模塊、TFT彩屏顯示器構成。其硬件結構框圖如圖1所示：

3.3.2路由器

ZigBee 路由器為路由節點，它會根據信道的情況自動選擇和設定路由，以最佳路徑，按前后順序發送信號，避免因傳輸路線過長造成信號的缺失、不準確。它主要用于支撐網絡鏈路結構，增大數據傳輸距離，擴大網絡的規模，為移動中的病人提供便利，由發光二極管、CC2530模塊、電源模塊構成。其硬件結構簡圖如圖2所示。

3.3.3病人節點

病人節點主要包括呼叫功能、服務確認功能、時間顯示功能、電量檢測功能和對護士服務的評價功能，由12864液晶顯示器、CC2530模塊、電源部分、發光二極管、按鍵構成。其硬件結構框圖如圖3所示。

3.3.4護士節點

護士節點主要包括時間顯示功能、電量檢測功能、聲音報警功能和震動報警功能，由CC2530模塊、震動馬達、供電部分、蜂鳴器、按鍵、發光二極管、Oled顯示屏構成。硬件結構框圖如圖4所示。

3.4軟件系統設計

在本文中，軟件設計是為了搭建無線網絡，實現病人的手持終端、護士便攜終端以及監控終端之間的數據發送、轉發及接收。下面就對網絡中的各部分進行程序設計。（圖5、圖6、圖7）

圖4　護士節點

圖5　監控中心軟件設計流程圖

圖6　協調器設計流程圖

圖7　病人和護士節點節點軟件設計流程圖

4　系統調試事項

本呼叫系統調試由模塊調試和系統聯調兩部分工作構成，模塊調試主要對系統的硬件、軟件的檢驗，確保呼叫系統的硬件軟件滿足要求沒有故障；呼叫系統的聯調能正常反映醫院環境情況和系統工藝，現場得到系統的性能指標；在系統調試時先做模塊調試，后系統聯調；系統調試時上電前必須確保供電線路、接地線路可靠連接，包括接地端子接觸、接地端對地電阻。

系統投入實際運行前，必須確保聯調完成后，芯片及其它器件發熱正常，有可靠而散熱裝置，預先進行模擬運行。

5　結語

ZigBee所擁有低功耗、廉價、組網方便以及技術簡單等優良特色，將其用于醫院管理中，對病人呼叫進行實時響應，讓醫護人員能及時對病人進行護理，能對醫護人員進行監督管理，提高了醫護人員工作效率和醫療服務水平，相比于其它的呼叫方式具有更高的性價比。

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