劉丹 何南 劉茂 王羽徵 于秋玉 畢海 程遠(yuǎn)

摘 要：我國醫(yī)療資源緊缺，老年人面臨著看病難、治病難、監(jiān)控難的局面。文中設(shè)計(jì)基于ZigBee技術(shù)的老年人遠(yuǎn)程保健監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于ZigBee無線通信技術(shù)，將終端采集到的體溫與心率數(shù)據(jù)經(jīng)過主控芯片處理后發(fā)送至協(xié)調(diào)器，在PC端通過串口助手實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。若身體生理參數(shù)正常，則將采集到的數(shù)據(jù)存檔管理;若老年人突發(fā)疾病，則醫(yī)生可發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，進(jìn)行有效治療，從而達(dá)到健康監(jiān)測的目的。

關(guān)鍵詞：人體健康監(jiān)測;無線傳輸;ZigBee;CC2530;協(xié)調(diào)器;串口助手

中圖分類號：TP277文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：2095-1302（2019）11-00-03

0 引 言

我國人口老齡化具有速度快、規(guī)模大、健康水平堪憂等基本特征[1]。同時(shí)，醫(yī)療體系應(yīng)對的主要是治愈急性和突發(fā)疾病，而慢性病和需要中長期治療的疾病卻很難得到良好的醫(yī)療條件和足夠醫(yī)生的救治，因此老年人的醫(yī)療資源更加匱乏。面對老齡化給社會(huì)帶來的諸多壓力，高新技術(shù)，尤其遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)服務(wù)是改善救治手段和提高救治效率的有效途徑，基于ZigBee技術(shù)的老年人遠(yuǎn)程保健監(jiān)護(hù)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

國外對于健康監(jiān)測方面的研究早于國內(nèi)，美國軍方用于監(jiān)測士兵的呼吸、心電、體溫等參數(shù)。對于處于運(yùn)動(dòng)中的個(gè)體，身體參數(shù)的變化能夠及時(shí)傳輸?shù)娇偪刂行倪M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測[2]。隨著智能設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)時(shí)監(jiān)測開始涉及云計(jì)算、云服務(wù)等新興技術(shù)，醫(yī)療監(jiān)測不只為了疾病的治療，更為了疾病的預(yù)防。后期歐洲提出“Healthy Aims”項(xiàng)目，利用植入式醫(yī)療傳感器監(jiān)測生理數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸至看護(hù)中心以便向病人展開救治工作[3]。

國內(nèi)的遠(yuǎn)程醫(yī)療發(fā)展初期利用衛(wèi)星進(jìn)行監(jiān)測，采用電話線傳輸醫(yī)學(xué)影像。1997年成立的遠(yuǎn)程醫(yī)療中心傳輸方式是郵件電話等，第三軍醫(yī)大學(xué)的研究項(xiàng)目“863”家庭數(shù)字化醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)使遠(yuǎn)程監(jiān)控步入家庭[4]。

近幾年，ZigBee被應(yīng)用于遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)測。2012年金林、劉小欽等人設(shè)計(jì)了基于ZigBee技術(shù)的老年人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，可防跌倒，采集心率、血壓、體溫等數(shù)據(jù)，可在PC端建立檔案并進(jìn)行管理[5]。

1 硬件設(shè)計(jì)

ZigBee技術(shù)是一種短距離，低功耗，低復(fù)雜度，低成本，低數(shù)據(jù)率的雙向無線通信技術(shù)。健康監(jiān)測的生理信號數(shù)據(jù)量不大，ZigBee能夠滿足其數(shù)據(jù)傳輸要求。ZigBee節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活，可隨意加入或離開，并且有低功耗和低成本的特點(diǎn)。

基于ZigBee的老年人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)分為采集模塊、協(xié)調(diào)器模塊和顯示模塊。采集模塊分為體溫采集和心率采集：CC2530作為主控芯片，溫度傳感器選用DS18B20，心率采集采用光電式心率傳感器Pluse Sensor。協(xié)調(diào)器模塊采用CC2530，通過UART轉(zhuǎn)USB數(shù)據(jù)線和PC端進(jìn)行串口通信。顯示模塊是PC端，PC內(nèi)部設(shè)置有串口助手，醫(yī)生可隨時(shí)查看采集的參數(shù)。ZigBee無線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

1.1 體溫采集電路

本文系統(tǒng)選取CC2530芯片作為生理數(shù)據(jù)采集終端的控制芯片，DS18B20芯片使用一根杜邦線接在前端，數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂菩酒羞M(jìn)行處理。P0-7引腳旁有板載電源和地，溫度傳感器直接插下去（面對扁平端，左負(fù)右正），3.3 V接VCC，P0-7接DQ，GND接GND。具體連接電路如圖2所示。

1.2 心率采集電路

心率采集的控制芯片也是CC2530，脈搏信號輸出的S口接芯片的P0-6口，CC2530的I/O口全部引出，其周邊電路接法如圖3所示。

1.3 系統(tǒng)采集模塊

本文系統(tǒng)的采集模塊有體溫采集、獲取心率和無線發(fā)送至終端節(jié)點(diǎn)（RFD）三個(gè)功能。采集模塊電路如圖4所示。

1.4 協(xié)調(diào)器模塊

協(xié)調(diào)器作為本文系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收端，包含無線收發(fā)和連接電腦的USB模塊。協(xié)調(diào)器控制芯片為CC2530，對比采集模塊中的芯片，硬件電路中缺少了傳感器接口，其他功能則完全相同，不再贅述。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 協(xié)調(diào)器模塊

本文系統(tǒng)采用ZigBee星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)器位于結(jié)構(gòu)中心。通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將其命令信息發(fā)送至終端節(jié)點(diǎn)，將終端節(jié)點(diǎn)讀取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或通過串口通信轉(zhuǎn)發(fā)至微處理器。協(xié)調(diào)器工作流程如圖5所示。

2.2 終端節(jié)點(diǎn)

終端設(shè)備是執(zhí)行整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集和控制的對象。其主要功能是接收協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)的命令信息，收集采集端的采集信息，并通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸?shù)絉FID。終端節(jié)點(diǎn)流程如圖6所示。

3 系統(tǒng)測試

將相應(yīng)的程序通過仿真器下載到協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點(diǎn)中，打開PC機(jī)上的串口助手，系統(tǒng)開始工作，模塊工作狀態(tài)如圖7所示。

打開串口調(diào)試助手，可測試室內(nèi)溫度。室內(nèi)溫度測試結(jié)果如圖8所示。頁面左半部分為終端節(jié)點(diǎn)采集到的溫度，右半部分為終端節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)傳輸至協(xié)調(diào)器的溫度數(shù)據(jù)。若用手握住傳感器，則持續(xù)升溫，串口助手顯示溫度不斷上升，直至達(dá)到體溫?cái)?shù)據(jù)，體溫測試結(jié)果如圖9所示，心率測試結(jié)果如圖10所示，此時(shí)心率數(shù)據(jù)為80次/min。

4 結(jié) 語

本文根據(jù)我國醫(yī)療現(xiàn)狀設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee技術(shù)的老年人遠(yuǎn)程保健監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由生理數(shù)據(jù)采集模塊、協(xié)調(diào)器模塊和顯示模塊三個(gè)部分組成。系統(tǒng)將獲取到的體溫和心率等生理信息傳送至控制芯片CC2530進(jìn)行處理，同時(shí)基于ZigBee技術(shù)傳輸至協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過串口轉(zhuǎn)USB數(shù)據(jù)線連接至PC端，監(jiān)護(hù)者可在PC端觀察老年人的生理信息，為老年人提供健康監(jiān)控，做到患病時(shí)及時(shí)治療，健康時(shí)防患于未然。

參 考 文 獻(xiàn)

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