基于ZigBee的無線呼叫醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)

摘要：針對醫(yī)療領(lǐng)域的傳統(tǒng)呼叫系統(tǒng)存在著布線繁瑣、安裝麻煩、成本高、易受環(huán)境干擾等問題，設(shè)計了一種基于ZigBee的無線呼叫醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)，并闡述了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。該系統(tǒng)以ARM作為控制核心，CC2420芯片作為射頻發(fā)送、接收模塊，分別完成了協(xié)調(diào)器、終端控制器、顯示報警以及溫濕度傳感器模塊的設(shè)計。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)安裝方便、可擴展性強，符合呼叫系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：ZigBee；無線呼叫；ARM；CC2420

0 引言
    無線呼叫系統(tǒng)是一種廣泛應(yīng)用于餐飲、休閑、醫(yī)護、行政辦公等場所的電子產(chǎn)品。目前，多數(shù)無線呼叫系統(tǒng)使用調(diào)幅(AM)和調(diào)頻(FM)技術(shù)實現(xiàn)，其普遍存在信號不穩(wěn)定、距離不夠遠、組網(wǎng)能力弱、高功耗等缺點。ZigBee憑借其低功耗、低成本、低速率、近距離、短時延、高容量、高安全、免執(zhí)照頻段、組網(wǎng)能力強等特點，彌補了調(diào)頻器無線呼叫系統(tǒng)、調(diào)幅無線呼叫系統(tǒng)的各種缺陷。并且ZigBee技術(shù)可以嵌入各種設(shè)備，主要應(yīng)用于自動控制和遠程控制系統(tǒng)。本文介紹的醫(yī)療無線呼叫系統(tǒng)正是基于ZigBee技術(shù)，實現(xiàn)醫(yī)療領(lǐng)域的無線呼叫監(jiān)控。

1 硬件設(shè)計
    本系統(tǒng)由病人呼叫終端、ZigBee PAN協(xié)調(diào)器、ARM主控平臺、聲光報警器、LCD顯示屏、上位機構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1．1 ZigeBee發(fā)送、接收節(jié)點
    ZigeBee的發(fā)送節(jié)點，使用矩陣鍵盤實現(xiàn)相應(yīng)的呼叫功能，當ZigeBee發(fā)送節(jié)點端的輔助芯片AVR單片機檢測到有發(fā)送請求時，立即進入中斷，從而控制CC2420發(fā)送相應(yīng)數(shù)據(jù)。且當CC2420被激活之后，其會自動尋找周圍ZigeBee網(wǎng)絡(luò)并請求加入，當協(xié)調(diào)器允許節(jié)點加入后，節(jié)點即將所要發(fā)送的數(shù)據(jù)信息發(fā)送至協(xié)調(diào)器。
    ZigeBee的接收節(jié)點(即PAN協(xié)調(diào)器)，主要由AVR單片機與CC2420組成，用以組建無線網(wǎng)絡(luò)、接收節(jié)點信息。
1．2 控制核心
    S3C2410處理器是Samsung公司生產(chǎn)的32位ARM微控制器。該處理器擁有：獨立的16 KB指令Cache和16 KB數(shù)據(jù)Cache，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND閃存控制器，3路UART，4路DMA，4路帶PWM的Timer，I／O口，RTC，8路10位ADC，Touch Screen接口，I2C-BUS接口，I2S-BUS接口，2個USB主機，1個USB設(shè)備，SD主機和MMC接口，2路SPI。其最高可運行在203 MHz。
1．3 溫濕度傳感器
    SHT11是瑞士Sensirion公司生產(chǎn)的具有I2C總線接口的單片全校準數(shù)字式相對濕度和溫度傳感器。該傳感器采用獨特的CMOSens TM技術(shù)，具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標定、免外圍電路及全互換的特點。
    該系統(tǒng)的每一個發(fā)送節(jié)點均配有一個SHT-11傳感器，當有呼叫激勵存在時，SHT-11所采集的溫度和濕度會隨呼叫信息一起發(fā)送給接收節(jié)點。
1．4 數(shù)據(jù)顯示
    為了能夠使信息醒目，特意加進了報警系統(tǒng)，即當有信息到來時，在LCD屏上顯示的同時進行聲光報警。
1．5 上位機
    為了便于管理和應(yīng)用，該系統(tǒng)可通過RS 232串口將系統(tǒng)所獲得的信息傳送至上位機。在上位機中不僅可以同步發(fā)送／接收信息，而且還可以查詢／刪除歷史記錄，這樣就可以更好的管理和控制。

2 軟件設(shè)計
2．1 下位機軟件設(shè)計
    系統(tǒng)下位機軟件主要由發(fā)送端程序和接收端程序組成，均包含系統(tǒng)初始化程序、發(fā)射程序和接收程序。初始化程序主要是對AVR單片機的I／O口、CC2420芯片、串口進行配置；發(fā)射程序?qū)⒔⒌臄?shù)據(jù)包通過AVR單片機串口接口傳送至射頻發(fā)生模塊輸出；接收程序完成數(shù)據(jù)的接收并進行處理。圖2給出了數(shù)據(jù)發(fā)送、接收流程圖。

2．2 上位機軟件設(shè)計
    上位機軟件使用Microsoft Visual Basic 6．0編寫，主要功能是通過PC機串口接收由PAN協(xié)調(diào)器轉(zhuǎn)發(fā)的呼叫請求信號、溫濕度數(shù)據(jù)，及發(fā)送應(yīng)答信號。其可詳細顯示呼叫地址、房間溫濕度，并將接收的數(shù)據(jù)以TXT文本格式儲存在本地PC機，方便進行歷史查詢和清除歷史記錄等操作。

3 系統(tǒng)測試及結(jié)果
    本系統(tǒng)采用白盒和黑盒兩種方案分別對系統(tǒng)功能、實現(xiàn)原理，以及其他可靠性參數(shù)進行測試分析。
    測試結(jié)果如圖3～圖5所示。

    通過白盒與黑盒測試之后，表明該系統(tǒng)能正常工作，只是在大量節(jié)點同時入網(wǎng)時系統(tǒng)不夠穩(wěn)定，這主要是由于系統(tǒng)中處理負荷增大所造成的。

4 結(jié)語
    病員呼叫系統(tǒng)作為聯(lián)系患者與醫(yī)護人員的重要手段，已被各個醫(yī)院廣泛應(yīng)用，成為標配設(shè)置之一?；赯igBee的無線呼叫醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)能夠提高醫(yī)院病區(qū)自動化管理水平，減輕醫(yī)護人員工作強度，降低成本投入。與傳統(tǒng)的呼叫方式相比，該系統(tǒng)具有免布線、維護方便、低功耗等特點，且擴展方便，有利于定制和二次開發(fā)。