基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控疫情預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

摘? 要：新冠肺炎引起的急性呼吸道傳染病，存在“人傳人”的現(xiàn)象。體溫異常為判斷疑似和確診新冠肺炎的重要指標之一，人工測體溫不僅耗時、費力，最主要的是增加傳染概率。基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)對新冠肺炎疫情預(yù)警系統(tǒng)進行設(shè)計，節(jié)省人力，對新冠肺炎的預(yù)防能在第一時間獲得數(shù)據(jù)，防止校園大規(guī)模爆發(fā)，并且能夠降低新冠肺炎在人工測量時帶來的風(fēng)險，有效控制新冠肺炎。

關(guān)鍵詞：ZigBee;無線傳感網(wǎng)絡(luò);新冠肺炎;預(yù)警系統(tǒng)

中圖分類號：TN929.5;TP212.9? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）05-0171-02

Design of New Coronary Pneumonia Early Warning System

Based on ZigBee Wireless Sensor Network

——A Case Study on the Early Warning System of COVID-19 in Gansu Medical College was Presented

MU Yamei

（Gansu Medical College，Pingliang? 744000，China）

Abstract：COVID-19 caused by acute respiratory infections，there is a “human-to-human” phenomenon. Abnormal body temperature is one of the important indicators to judge suspected and confirmed，manual temperature measurement is not only time-consuming，laborious，the most important is to increase the probability of infection. ZigBee wireless sensor network based on the new crown pneumonia outbreak early warning system design，save manpower，the prevention of new crown pneumonia in the first time to obtain data，prevent large-scale outbreak on campus，and can reduce the risk of new crown pneumonia in manual measurement，effectively control new crown pneumonia

Keywords：ZigBee;wireless sensor network;COVID-19;early warning system

0? 引? 言

新型冠狀病毒肺炎，簡稱“新冠肺炎”，是2019新型冠狀病毒感染導(dǎo)致的肺炎，存在“人傳人”，衛(wèi)生防疫專家強調(diào)，可以確定的新冠肺炎傳播途徑主要為直接傳播、氣溶膠傳播和接觸傳播，這種傳染性極強的疾病，對我國公共衛(wèi)生防疫帶來了巨大挑戰(zhàn)。

以甘肅醫(yī)學(xué)院為例，甘肅醫(yī)學(xué)院地處甘肅平?jīng)觯嫉孛娣e805畝，現(xiàn)有全日制在校生8 018人，教職工302人，三級甲等直屬附屬醫(yī)院1所，校園人群密集，教職工和學(xué)生每天出入各大教學(xué)樓、實驗樓、圖書館、附屬醫(yī)院，一旦有新冠肺炎傳染將發(fā)生大規(guī)模爆發(fā)，情況將非常嚴重，因此，高校作為育人的重要基地，做好新冠肺炎防控是第一要務(wù)。

由于新冠肺炎最主要的臨床特性為發(fā)熱，如果采取人工測量，不能及時發(fā)現(xiàn)疑似病例，而且工作量大，增加傳染概率，耗時較多，嚴重影響學(xué)校正常教學(xué)進度。基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的預(yù)警系統(tǒng)是利用無線傳感技術(shù)，把帶有編號的不同節(jié)點傳感器連接起來，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)作用，通過數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)高精準測量。無線傳感網(wǎng)絡(luò)精度高，可靠性強，性價比高，在緊急通信、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療護理、智能家居和工廠數(shù)據(jù)測量等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用[1]。針對新冠肺炎疾病特性，基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)對新冠肺炎疫情預(yù)警系統(tǒng)進行設(shè)計，主要通過溫度傳感器對人體體溫進行定點、連續(xù)或者隨機采集和測量，并將體溫數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)分析，對疫情預(yù)防能在第一時間獲得數(shù)據(jù)，防止大規(guī)模爆發(fā)，并且能夠有效降低防疫人員測量風(fēng)險。和傳統(tǒng)監(jiān)測方式相比，該系統(tǒng)節(jié)約大量人力、物力，提高效率，有效降低了感染率[2]。

1? ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)概述

目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相對成熟，其應(yīng)用主要在環(huán)境檢測、遠程醫(yī)療護理、智慧城市建設(shè)、精準現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)自動化控制、智能電網(wǎng)、智能交通、智能家居等領(lǐng)域[3]。無線傳感網(wǎng)絡(luò)是傳感網(wǎng)絡(luò)中的一種，相較于傳統(tǒng)的有線傳感網(wǎng)絡(luò)，它能夠進行密集空間及短距離數(shù)據(jù)采集監(jiān)測，傳感模塊集成在類似于終端的模板上使得傳感節(jié)點小型化、低成本化，并因此可以通過在有限空間內(nèi)部署大量傳感節(jié)點以提高監(jiān)測的準確性，同時借此降低單個節(jié)點的精準度要求，使得整個監(jiān)測系統(tǒng)具備相當高的容錯性[4]。ZigBee屬于無線通信技術(shù)，其優(yōu)點是距離短、功耗低、通信距離長、穩(wěn)定性好。無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是基于IEEE 802.15.4的一種無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，主要致力于低速率短距離低功耗的無線網(wǎng)絡(luò)通信[5]。相比其他通信方式，ZigBee技術(shù)的通信速度較低，最快可以達到250 kB/s，由此決定ZigBee只能用于傳輸速度要求較低的場合[6]。當前，在中國ZigBee工作的頻率為2.4 GHz，傳輸速度最大為250 kB/s，基本能滿足大多數(shù)用戶需求。

2? 新冠肺炎疫情預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計方案

2.1? 監(jiān)測環(huán)境

基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控環(huán)境為校門口、教學(xué)樓、宿舍樓、實驗樓、圖書館、食堂等所有學(xué)校公共區(qū)域。根據(jù)學(xué)校作息時間進行設(shè)置，比如早晨7點到8點之間可以在北校門、南校門對進校教師進行固定數(shù)據(jù)集中采集，在食堂對學(xué)生進行采集，10點到10點20分的大課間在教學(xué)樓、1號實驗樓、2號實驗樓、圖書館對學(xué)生進行數(shù)據(jù)采集，確定固定時間可以對學(xué)校后勤保障人員進出校門進行定時、定點采集，同時可以對體溫異常者進行重點監(jiān)測，建立體溫異常者檔案，隨時上報學(xué)生處、人事處、校醫(yī)室備案。

2.2? 工作原理

將新冠肺炎疫情預(yù)警系統(tǒng)分為四部分：即數(shù)據(jù)收集，監(jiān)測中心、數(shù)據(jù)處理中心、報警中心。其工作原理是，傳感器根據(jù)時間設(shè)置將對人體體溫數(shù)據(jù)送到監(jiān)控機房，監(jiān)控機房匯總數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行對比，高于37.3°則進行報警，并將實時數(shù)據(jù)傳送學(xué)校學(xué)生處、人事處、校醫(yī)室，學(xué)生處、人事處對體溫異常者相關(guān)信息進行篩選，立即報送二級教學(xué)管理部門和相關(guān)校領(lǐng)導(dǎo)，快速找到疑似人員，進行醫(yī)學(xué)隔離。

2.3? 結(jié)構(gòu)設(shè)計

在學(xué)校公共場所根據(jù)人群特點，放置溫度傳感器，數(shù)據(jù)采集端實時將采集到的人體體溫數(shù)據(jù)通過ZigBee傳送監(jiān)測中心，監(jiān)測中心由學(xué)校信息中心負責(zé)，監(jiān)測中心將所有數(shù)據(jù)進行處理、對比。數(shù)據(jù)對比結(jié)束后如果超過37.3°時報警系統(tǒng)進行報警，這時工作人員對數(shù)據(jù)來源進行追溯，上報學(xué)生處、人事處、校醫(yī)室，確保第一時間對體溫異常者進行醫(yī)學(xué)隔離。結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

2.4? 硬件組成

由ZigBee無線網(wǎng)關(guān)組建網(wǎng)絡(luò)，通過自動搜索匹配到無線網(wǎng)絡(luò)、溫度采集模塊、RF無線射頻模塊、顯示模塊、串口模塊等。

2.5? 軟件組成

基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控疫情預(yù)警系統(tǒng)軟件主要由數(shù)據(jù)庫中心系統(tǒng)、客戶端、PC機相關(guān)軟件組成。數(shù)據(jù)庫中心系統(tǒng)由信息中心監(jiān)管，客戶端主要由學(xué)生處、人事處、校醫(yī)室一級客戶端構(gòu)成，二級客戶端為二級教學(xué)管理部門（護理系、醫(yī)療系、中藥系、藥學(xué)系）、后勤保障處、各宿舍樓，根據(jù)服務(wù)對象不同，權(quán)限不同，進行客戶端開放。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要任務(wù)為根據(jù)教工、學(xué)生、后勤保障人員信息庫，建立不同時間節(jié)點體溫記錄，為校園網(wǎng)實時訪問Web監(jiān)控模塊提供數(shù)據(jù)支撐。

3? 應(yīng)用前景

ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的使用，優(yōu)點在于監(jiān)測的連續(xù)性、時延短、安全性高，可以全天候無間斷工作和在線報警等，在公共衛(wèi)生防疫方面具有廣闊的應(yīng)用前景，同時可以緩解我國醫(yī)療衛(wèi)生人員短缺的困難，利用傳感網(wǎng)絡(luò)可以代替護士對病人的生理信息進行不間斷測試，醫(yī)生可以“遠程看病”，在這個基礎(chǔ)上可以增加就診人數(shù)，未來可以創(chuàng)造智能醫(yī)療系統(tǒng)，改善當前醫(yī)院的就醫(yī)方式，從根本上解決當前醫(yī)療資源緊張的難題。[7]

4? 結(jié)? 論

在新冠肺炎可能成為一種類似流感的常見病長期存在下去的形勢下，基于ZigBee技術(shù)的短距離無線通信協(xié)議費用低，基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)對甘肅醫(yī)學(xué)院新冠肺炎疫情預(yù)警系統(tǒng)進行設(shè)計，根據(jù)場所通過體溫傳感器能快速監(jiān)測疫情，進行預(yù)警，同時可以對疫情發(fā)展程度進行有效評估，可以為緊急應(yīng)急措施的準備贏得時間，最終達到降低傳染風(fēng)險，控制大學(xué)疫情蔓延的目的，同時，也為公共防疫提供了技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

參考文獻：

[1] 曹岳平.淺析無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與發(fā)展趨勢 [J].價值工程，2015，34（9）：302-303.

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[3] 周小軍，郭玉霞，王凌強，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的無線體溫監(jiān)控校園傳染病預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計 [J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2019（2）：109-113.

[4] 陳星宇.基于ZigBee的計量檢測環(huán)境溫濕度監(jiān)測無線傳感系統(tǒng) [D].南寧：廣西大學(xué)，2019.

[5] 李文仲，段朝玉.ZigBee2006無線網(wǎng)絡(luò)與無線定位實戰(zhàn) [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008：150.

[6] 賈騰飛.基于ZigBee和GPRS技術(shù)的港口門座起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)研究 [D].武漢：武漢理工大學(xué)，2012.

[7] 廖之健.基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)遠程機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn) [D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2011.

作者簡介：穆亞梅（1981-），女，回族，甘肅平?jīng)鋈耍苯淌冢T士，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)、計算機教學(xué)。