基于ZigBee技術的老年人遠程保健監(jiān)護系統(tǒng)設計

劉丹 何南 劉茂 王羽徵 于秋玉 畢海 程遠

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。文中設計基于ZigBee技術的老年人遠程保健監(jiān)護系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于ZigBee無線通信技術，將終端采集到的體溫與心率數(shù)據(jù)經過主控芯片處理后發(fā)送至協(xié)調器，在PC端通過串口助手實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時監(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)，進行有效治療，從而達到健康監(jiān)測的目的。

關鍵詞：人體健康監(jiān)測;無線傳輸;ZigBee;CC2530;協(xié)調器;串口助手

中圖分類號：TP277文獻標識碼：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，醫(yī)療體系應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。面對老齡化給社會帶來的諸多壓力，高新技術，尤其遠程健康監(jiān)護服務是改善救治手段和提高救治效率的有效途徑，基于ZigBee技術的老年人遠程保健監(jiān)護系統(tǒng)應運而生。

國外對于健康監(jiān)測方面的研究早于國內，美國軍方用于監(jiān)測士兵的呼吸、心電、體溫等參數(shù)。對于處于運動中的個體，身體參數(shù)的變化能夠及時傳輸?shù)娇偪刂行倪M行實時監(jiān)測[2]。隨著智能設備和物聯(lián)網技術的發(fā)展，實時監(jiān)測開始涉及云計算、云服務等新興技術，醫(yī)療監(jiān)測不只為了疾病的治療，更為了疾病的預防。后期歐洲提出“Healthy Aims”項目，利用植入式醫(yī)療傳感器監(jiān)測生理數(shù)據(jù)，經過處理的數(shù)據(jù)通過ZigBee無線傳感器網絡傳輸至看護中心以便向病人展開救治工作[3]。

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

近幾年，ZigBee被應用于遠程醫(yī)療監(jiān)測。2012年金林、劉小欽等人設計了基于ZigBee技術的老年人監(jiān)護系統(tǒng)，可防跌倒，采集心率、血壓、體溫等數(shù)據(jù)，可在PC端建立檔案并進行管理[5]。

1 硬件設計

ZigBee技術是一種短距離，低功耗，低復雜度，低成本，低數(shù)據(jù)率的雙向無線通信技術。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)點組網拓撲結構靈活，可隨意加入或離開，并且有低功耗和低成本的特點。

基于ZigBee的老年人監(jiān)護系統(tǒng)分為采集模塊、協(xié)調器模塊和顯示模塊。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)調器模塊采用CC2530，通過UART轉USB數(shù)據(jù)線和PC端進行串口通信。顯示模塊是PC端，PC內部設置有串口助手，醫(yī)生可隨時查看采集的參數(shù)。ZigBee無線監(jiān)護系統(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（RFD）三個功能。采集模塊電路如圖4所示。

1.4 協(xié)調器模塊

協(xié)調器作為本文系統(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 軟件設計

2.1 協(xié)調器模塊

本文系統(tǒng)采用ZigBee星型拓撲結構，協(xié)調器位于結構中心。通過ZigBee網絡將其命令信息發(fā)送至終端節(jié)點，將終端節(jié)點讀取的數(shù)據(jù)存儲或通過串口通信轉發(fā)至微處理器。協(xié)調器工作流程如圖5所示。

2.2 終端節(jié)點

終端設備是執(zhí)行整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集和控制的對象。其主要功能是接收協(xié)調節(jié)點的命令信息，收集采集端的采集信息，并通過ZigBee網絡將信息傳輸?shù)絉FID。終端節(jié)點流程如圖6所示。

3 系統(tǒng)測試

將相應的程序通過仿真器下載到協(xié)調器和終端節(jié)點中，打開PC機上的串口助手，系統(tǒng)開始工作，模塊工作狀態(tài)如圖7所示。

打開串口調試助手，可測試室內溫度。室內溫度測試結果如圖8所示。頁面左半部分為終端節(jié)點采集到的溫度，右半部分為終端節(jié)點實時傳輸至協(xié)調器的溫度數(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，直至達到體溫數(shù)據(jù)，體溫測試結果如圖9所示，心率測試結果如圖10所示，此時心率數(shù)據(jù)為80次/min。

4 結 語

本文根據(jù)我國醫(yī)療現(xiàn)狀設計了一種基于ZigBee技術的老年人遠程保健監(jiān)護系統(tǒng)。該系統(tǒng)由生理數(shù)據(jù)采集模塊、協(xié)調器模塊和顯示模塊三個部分組成。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進行處理，同時基于ZigBee技術傳輸至協(xié)調器，協(xié)調器通過串口轉USB數(shù)據(jù)線連接至PC端，監(jiān)護者可在PC端觀察老年人的生理信息，為老年人提供健康監(jiān)控，做到患病時及時治療，健康時防患于未然。

參 考 文 獻

[1]我國人口老齡化對制度建設的挑戰(zhàn)及對策：從政府的角度[EB/OL].[2017-08-15]. http： //www.sohu.com/a/164923259_99921889.

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[7]張楓沛，肖世德，陶濤，等.穿戴式老年人心率遠程監(jiān)測系統(tǒng)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2018，37（10）：75-78.

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