基于ZigBee組網技術的智慧病房系統設計

王文峰，高瑩瑩

（1.哈爾濱石油學院，黑龍江 哈爾濱 157300；2.哈爾濱醫科大學附屬第二醫院，黑龍江 哈爾濱 157300）

0 引 言

每個病人的體質和創口情況不同，對病房的溫度濕度等環境要求也不同，護士站需要實時掌握每個病房的溫濕度情況；護士需要定期對每個病人的體溫進行測量，工作量比較大。臨床求助呼叫是傳送臨床信息的重要手段，是病人請求幫助的重要工具，要求將病人的請求快速準確地傳遞給醫護人員。

智慧病房系統作為提高病房管理水平、服務水平和減輕醫護人員工作負擔的輔助設施，可以完成上述需求。同時該系統要求24小時無間斷工作、系統故障率低、性能和質量穩定可靠[1-3]。根據以上需求和特點，本文提出一種基于ZigBee組網的智慧病房系統設計[4-5]。

1 系統設計

1.1 系統總體方案

本系統主要由數據監測終端模塊和應用終端模塊兩部分組成。數據監測終端模塊包括ZigBee終端設備1（患者）、ZigBee終端設備2（醫護人員）、協調器網關和服務器；應用終端模塊包括Windows應用終端和Android應用終端。系統總體方案如圖1所示。

圖1 系統總體方案

1.2 ZigBee終端設計

本系統的終端設備由兩部分組成：患者終端設備、醫護人員終端設備。各終端設備與協調器構成ZigBee星型網絡結構，完成數據的傳輸和自動控制功能。環境溫濕度模塊型號為DHT11溫濕度傳感器，體溫測量模塊型號為DS18B20溫度傳感器，呼叫模塊采用中斷方式來完成系統功能，顯示模塊采用OLED顯示屏完成相關信息的顯示。其中DHT11和DS18B20輸出的模擬信號由CC2530芯片自帶的12位ADC完成采樣得到相應的溫度值和濕度值。系統ZigBee終端空閑時可以進入睡眠模式，在需要傳輸數據時進行喚醒，能進一步的節省電量，遵循了低成本、低功耗原則[6-8]。

1.3 ZigBee協調器設計

ZigBee協調器模塊主要功能是完成網絡的創建和數據的轉發。系統啟動后，自動進行組網，等待Windows和Android終端設備命令，ZigBee終端將傳感器采集到的數據轉發至ZigBee協調器上，由協調器將數據打包，通過串口上傳至服務器，建立TCP/IP連接，由Windows和Android用戶應用程序對數據進行解析，完成相應的查詢和控制。

1.4 應用模塊設計

醫護人員可以通過Windows用戶（電腦端）完成各種ZigBee終端的分發和信息錄入工作，同時可以修改數據庫中病人相應的信息，完成基礎信息資料的添加和更新操作，為系統啟動提供基礎支撐和控制[9-10]。

該模塊在Windows用戶（電腦端）和Android用戶（手機端）以圖表的形式顯示病房的溫濕度，以非常直觀的方式顯示出來，數據每15 min刷新1次。同時病人體溫的采集數據將儲存在數據庫中，提供給醫護人員實時查看相應病人的體溫數據，掌握病人目前的體溫狀況。如果環境溫濕度和體溫異常的時候，將通過協調器終端向ZigBee終端（醫護人員）發出警報，提醒醫護人員采取某些措施。

2 方案優勢

本文提出的智慧病房系統設計將ZigBee組網技術與傳感器技術相結合，有效地實現了病房環境、病人體溫等數據的監測，減少了醫護人員的工作量。同時增加了臨床求助呼叫系統設計。本方案正是利用了ZigBee組網技術具有功耗極低、系統簡單、組網方式靈活、成本低、等待時間短等性能，彌補了現有技術的不足，具有以下優點：

（1）降低了終端設備的用電功耗，減少了充電或更換電池的次數，延長了使用的時間。

（2）ZigBee的響應速度較快，整個系統的網絡時延較短，能夠完成實時性的要求。

（3）能夠實現自動組網，使得終端設備加入和撤出非常便利，網絡結構健壯性較好。

（4）可靠性較好。ZigBee具有可靠的發送接收握手機制，可靠地保證了數據的發送接收。

（5）系統成本低。ZigBee模塊工作于ISM的2.4 GHz頻段，故只需要先期的模塊費用，無需支付持續使用費用。

3 結 語

本文借助ZigBee組網技術設計了一種智慧病房系統，該系統為醫護人員實時提供病房溫濕度環境數據，有利于為患者術后恢復提供舒適的環境。同時，實現了患者體溫的實時上報，醫護人員可以通過上位機應用系統掌握患者的體溫數據，減少醫護人員頻繁測量體溫等工作。通過系統測試，系統達到了設計要求，表現良好，具有實用性，并為接下來的研究提供了技術保障。