基于ZigBee的無線醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)

黃秀珍 陳渭力

摘 ?要：隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無線醫(yī)療成為熱點(diǎn)。基于ZigBee無線醫(yī)療傳輸系統(tǒng)，主要功能為采集人體生理指標(biāo)數(shù)據(jù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)通信的方式，將數(shù)據(jù)傳輸至橋接協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)。利用心率血氧傳感器和電子血壓計(jì)采集人體血氧、脈博等數(shù)據(jù)，由CC2530協(xié)調(diào)器來傳輸ZigBee無線傳輸醫(yī)療傳感器之間的數(shù)據(jù)，并由現(xiàn)場的一個(gè)橋接協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)這些數(shù)據(jù)給遠(yuǎn)程的值班室醫(yī)生，實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：ZigBee技術(shù) ?無線傳感技術(shù) ?醫(yī)療數(shù)據(jù)采集

中圖分類號：TN919 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）05（a）-0013-02

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，智能家居、物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)技術(shù)的成熟，關(guān)注民生，關(guān)注醫(yī)療更加具有現(xiàn)實(shí)意義。無線醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)可以讓老人在家中監(jiān)測自己的脈博、血壓等人體參數(shù)，傳遞到醫(yī)生的電腦上，可以對其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，具有現(xiàn)實(shí)意義[1]。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率低：10～250kB/s，低傳輸應(yīng)用、功耗低是它的優(yōu)點(diǎn)和特色。在低功耗待機(jī)模式下，普通2節(jié)5號電池可使用6～24個(gè)月。因其低功耗的特點(diǎn)，ZigBee已廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，也應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)。

該文設(shè)計(jì)出一種無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，利用ZigBee無線傳輸醫(yī)療傳感器之間的數(shù)據(jù)，并由現(xiàn)場的一個(gè)橋接協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)這些數(shù)據(jù)給遠(yuǎn)程的值班室醫(yī)生，減少了監(jiān)護(hù)設(shè)備與醫(yī)療傳感器之間的連線，使得被監(jiān)護(hù)人能夠擁有較多的自由活動空間，無須在家庭和醫(yī)院之間奔波。

1 ?設(shè)計(jì)方案

在ZigBee無線醫(yī)療系統(tǒng)中，主要功能為采集人體生理指標(biāo)數(shù)據(jù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)通信的方式，將數(shù)據(jù)傳輸至橋接協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)。主要包括2個(gè)模塊：生理數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊。

生理數(shù)據(jù)采集終端實(shí)現(xiàn)對病人生理參數(shù)的采集和無線傳輸。生理數(shù)據(jù)采集傳感器參數(shù)選擇溫度傳感器、電子血壓計(jì)、心率血氧傳感器模塊MAX30102，包括各類型的生理傳感器和對應(yīng)的前端采集及信號處理電路[2]。

數(shù)據(jù)傳輸模塊的核心功能由TI公司的CC2530射頻芯片完成。該模塊將傳感器采集到的生理參數(shù)通過ZigBee無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送出去，由橋接協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)接收后再作進(jìn)一步處理[3]。

在ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中有2種設(shè)備類型：協(xié)調(diào)器終端節(jié)點(diǎn)，設(shè)備類型是由ZigBee協(xié)議棧不同的編譯選項(xiàng)來選擇的。協(xié)調(diào)器主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)組建、維護(hù)、控制終端節(jié)點(diǎn)的加入等。終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，不具備路由功能。該系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)采集生理數(shù)據(jù)，通過ZigBee協(xié)議無線傳輸給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過串口來接收數(shù)據(jù)。

1.1 血壓計(jì)采集模塊

電子血壓計(jì)采用XGZP6847型氣體壓力傳感器模塊。此模塊外圍所接的電路十分簡單，因?yàn)殡妷盒盘栐谀K內(nèi)部已經(jīng)進(jìn)行了放大，所以輸出信號不需要進(jìn)行放大，XGZP6847型氣體壓力變送器模塊總共有6個(gè)引腳，其中的1、2、3腳都不需要外接其他電子元器件，4腳接+5V電源電壓，5腳是信號輸出引腳Vout，6腳接地。

因?yàn)橛懈蓴_和雜波，XGZP6847芯片5腳得到的信號Vout，通過低通或者帶通濾波電路，能夠去除因電路或者其他影響帶來的信號干擾，從而得到干凈脈搏壓與袖帶壓信號。

1.2 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器模塊

底板尺寸：5cm×5.1cm。串口通訊：自帶USB轉(zhuǎn)串口功能（PL-2303），minUSB、DC2.1電源座（5V）內(nèi)正外負(fù)。功能接口：Debug接口，兼容TI標(biāo)準(zhǔn)仿真工具，引出所有IO口。并支持多種傳感器即插即用，以及常用的串口引腳。5V、3.3V功能按鍵：1個(gè)復(fù)位，2個(gè)普通按鍵，組網(wǎng)時(shí)可手動入網(wǎng)和退網(wǎng)。LED指示燈：電源指示燈、組網(wǎng)指示燈、普通LED。串口收發(fā)指示燈LCD：支持OLED，顯示更清晰。調(diào)試所見即所得（見圖1）。

協(xié)調(diào)器收集各個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)過來的人體參數(shù)，通過協(xié)調(diào)器把這些參數(shù)傳到醫(yī)生的客戶端。該設(shè)計(jì)使用串口把數(shù)據(jù)傳到醫(yī)生的電腦上。

1.3 ZigBee模塊

功能特點(diǎn)：（1）尺寸：2.5cm×2.6cm;（2）體積小，引出全部IO口，標(biāo)準(zhǔn)2.54排針接口;（3）工作的開放頻段為2.4GHz;（4）16個(gè)傳輸信道，可根據(jù)用戶選擇合適的傳輸通道;（5）無線傳輸速率可達(dá)250kbps;（6）功耗：接收和發(fā)射電流約27.6mA;（7）使用2.4G全向天線，空曠直視傳輸距離達(dá)300m左右（見圖2）。

人體采集模塊連接在Zigbee終端模塊上，比如心率血氧傳感器模塊、脈博采集模塊等。通過Zigbee組網(wǎng)協(xié)議把數(shù)據(jù)發(fā)送到協(xié)調(diào)器上。

1.4 采集結(jié)果

橋接協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對無線網(wǎng)絡(luò)的管理和對生理參數(shù)的轉(zhuǎn)發(fā)。從而使得數(shù)據(jù)采集終端和橋接協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)能夠配合組建成滿足上位遠(yuǎn)程監(jiān)控中心要求的無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對人體生理參數(shù)的傳輸。

醫(yī)生的電腦上接收各病人的生理參數(shù)，供醫(yī)生查看以及做診斷等。圖3是根據(jù)收集到的心率繪制的心率圖。

2 ?結(jié)語

該文中所提出的設(shè)計(jì)方案，主要是針對醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行著重研究。將開發(fā)的生理數(shù)據(jù)采集終端、橋接協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)配合使用，在遠(yuǎn)程服務(wù)器端監(jiān)控被采集者的脈博、心率等參數(shù)。該文為醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)研究和實(shí)施提出了具體的方案：將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步深入應(yīng)用到醫(yī)療監(jiān)護(hù)領(lǐng)域;提出了近距離無線和遠(yuǎn)距離有線相結(jié)合的方法，節(jié)約了成本，同時(shí)這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)還可以擴(kuò)展到其他領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬碧春.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用展望[J].中國醫(yī)院管理，2013（10）：72-74.

[2] 高翠霞.醫(yī)用傳感器[J].哈爾濱醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（4）：84-86.

[3] 諸強(qiáng)，王學(xué)民，胡賓，等.無線遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)[J].北京生物醫(yī)學(xué)工程，2014，23（3）：225-227.

[4] 唐曉艷，金濤，洪英豪.ZigBee生命體征監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 福州大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（5）：642-647.

[5] 申玉宏，劉麗.ZigBee技術(shù)在人體生命體征監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（24）：126-127.