基于ZigBee技術(shù)的醫(yī)療監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐婧

摘 ? 要：現(xiàn)如今，傳統(tǒng)醫(yī)療仍采用人工監(jiān)護(hù)的模式，但中國人口眾多，傳統(tǒng)的醫(yī)護(hù)模式并不能滿足大眾需求，并且存在醫(yī)護(hù)資源浪費(fèi)等問題。文章主要介紹一種基于ZigBee技術(shù)的醫(yī)療監(jiān)測系統(tǒng)，使用傳感器采集人體數(shù)據(jù)后通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)上傳到醫(yī)院的監(jiān)測系統(tǒng)，在提升看護(hù)效率的同時實(shí)現(xiàn)了利用現(xiàn)有醫(yī)療資源的最大化。

關(guān)鍵詞：ZigBee;無線技術(shù);醫(yī)療監(jiān)測系統(tǒng)

當(dāng)前，隨著我國科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，醫(yī)療事業(yè)也取得了很大的進(jìn)步。人們對生活質(zhì)量的要求逐漸提高，需要更加貼近于生活、服務(wù)于生活的服務(wù)，更加關(guān)注自身健康，對醫(yī)療的需求也不再局限于從前的傳統(tǒng)有線模式，而轉(zhuǎn)向于如今智能化的無線模式。現(xiàn)如今在病房中使用的是傳統(tǒng)醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，大多是體積笨重、功能獨(dú)立且有線連接模式的醫(yī)療器械，不僅價格昂貴而且數(shù)量有限，并不能滿足當(dāng)今人們的看護(hù)需求，而且公立醫(yī)院里各科室的醫(yī)護(hù)人員相對于患者的數(shù)量較少，在醫(yī)護(hù)高峰時期患者無法及時得到救治。由于人口老齡化現(xiàn)象嚴(yán)重，病人的數(shù)量較多且分散在全國各地，一旦發(fā)生意外，需要快速且準(zhǔn)確地得到專業(yè)醫(yī)護(hù)治療，傳統(tǒng)的醫(yī)療模式不能滿足，所以無線醫(yī)療系統(tǒng)必然是未來醫(yī)護(hù)的發(fā)展趨勢之一。

1 ? ?基于ZigBee技術(shù)的醫(yī)療監(jiān)測系統(tǒng)工作原理

ZigBee無線技術(shù)作為一種新興的短距離無線通信技術(shù)，有著低復(fù)雜度、低功耗、低成本以及高安全性等諸多優(yōu)點(diǎn)。ZigBee節(jié)點(diǎn)有幾十米的覆蓋范圍，適用于小住宅，同時250 kb/s的傳輸能夠滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊骩1]，工作頻率為868 MHz，915 MHz或2.4 GHz，用于個人區(qū)域網(wǎng)和對等網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，該技術(shù)的突出特點(diǎn)是應(yīng)用簡單、電池使用壽命長、組網(wǎng)能力強(qiáng)、可靠性高以及成本低。該無線技術(shù)基于IEEE802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，在若干個傳感器相互協(xié)調(diào)下實(shí)現(xiàn)通信，傳感器之間通過類似于“接力棒”的方式將數(shù)據(jù)一個一個傳遞下去，故傳輸效率相對于其他通信方式較高，ZigBee無線技術(shù)與其他傳輸方式的比較如表1所示。ZigBee無線技術(shù)的低成本和低功耗為實(shí)現(xiàn)本文的醫(yī)療監(jiān)測系統(tǒng)帶來很大的便利條件，但其傳輸范圍較小，只適合短距離傳輸。

將ZigBee無線技術(shù)運(yùn)用在醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)，不僅降低了研發(fā)成本，而且基于ZigBee的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)自身的便攜化、智能化以及統(tǒng)一化的優(yōu)點(diǎn)便能很好地解決當(dāng)今醫(yī)療資源緊張等問題。使用基于ZigBee的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)不僅可以減少大量人力、節(jié)約成本，還可為患者提供更加人性化、更有保障的醫(yī)護(hù)服務(wù)。

2 ? ?系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要功能是通過各類傳感器采集數(shù)據(jù)，再通過無線傳輸技術(shù)傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器中[2]，通過網(wǎng)絡(luò)傳送到接收端。主要分為兩個模塊：數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊、傳感器模塊。總體設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集模塊主要是由溫度傳感器、心率傳感器和醫(yī)用壓力傳感器構(gòu)成，主要采集人體體溫、脈搏、心率和血壓等數(shù)據(jù)。

2.1 傳感器模塊

溫度傳感器一般采用DS18B20，具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。心率傳感器則是用MAX30102模塊，可快速且準(zhǔn)確地測量人體心率等數(shù)據(jù)，還可以通過軟件關(guān)斷，待機(jī)電流基本為0，實(shí)現(xiàn)了電源始終維持在供電狀態(tài)[3]，十分適用于老齡化人群。

2.2 ?數(shù)據(jù)采集傳輸模塊

數(shù)據(jù)采集傳輸模塊的核心一般選取CC2430芯片，既可兼容8051內(nèi)核，也可以滿足以ZigBee為基礎(chǔ)的2.4 GHz ISM波段應(yīng)用。不僅成本低、功耗低，而且還能提升系統(tǒng)總體性能，與設(shè)計(jì)此系統(tǒng)的初衷相吻合[4]。

3 ? ?系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要由ZigBee終端節(jié)點(diǎn)軟件以及網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)軟件構(gòu)成。當(dāng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通電啟動后便會自動創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)，建立成功后便會收到終端節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)請求，這時網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)會給請求入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)的個域網(wǎng)標(biāo)識符（Personal Area Network ID，PANID）。PANID是用來區(qū)別不同網(wǎng)絡(luò)，只要將其設(shè)置成與要加入此網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)相同，即可請求加入網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)的接收與傳輸在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)中通過串口通信完成。在終端節(jié)點(diǎn)中啟用傳感器模塊，會自動搜尋協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)并向該網(wǎng)絡(luò)發(fā)送請求加入信息，成功入網(wǎng)后，傳感器開始以設(shè)置好的一定周期進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，將采集的信息通過轉(zhuǎn)化格式上傳至協(xié)調(diào)器，再通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至醫(yī)院的接收系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)自動發(fā)送警報(bào)給值班醫(yī)生或護(hù)士，不僅提高了醫(yī)護(hù)的效率，而且實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有醫(yī)療資源的最大化利用[5]。終端節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)如圖2所示。

ZigBee無線技術(shù)核心為協(xié)調(diào)器終端節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建、維護(hù)以及控制終端節(jié)點(diǎn)，是分析采集數(shù)據(jù)的重要部分。終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集但不具備路由功能，系統(tǒng)通過終端節(jié)點(diǎn)中的傳感器采集數(shù)據(jù)后，再通過ZigBee無線傳輸協(xié)議傳到協(xié)調(diào)器中進(jìn)行分析。

4 ? ?結(jié)語

ZigBee無線技術(shù)是近年來的一種新興技術(shù)，在當(dāng)今智能化的社會隨處可見其身影，將其運(yùn)用在醫(yī)療領(lǐng)域，可大大節(jié)約成本以及人力，同時提供了更好的醫(yī)療服務(wù)，期待ZigBee無線技術(shù)未來與更多領(lǐng)域的結(jié)合，使得生活更加便利。

[參考文獻(xiàn)]

[1]黃慶南，陳文輝，李克儉.基于ZigBee技術(shù)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)WSNs節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J].廣西工學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（3）：54-58.

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Abstract：Nowadays， traditional medical care still adopts the mode of manual monitoring， but China has a large population. The traditional medical care model cannot meet the needs of the public， and there are problems such as waste of medical care resources. This paper mainly introduces a medical monitoring system based on ZigBee technology. After collecting human data using sensors， it is uploaded to the hospitals monitoring system through the ZigBee wireless network， which improves the efficiency of care and maximizes the use of existing medical resources.

Key words：ZigBee; wireless technology; medical monitoring system