幼儿园中班艺术活动：煮面条

基于无线网络技术的手持式移动护士站的设计
许江淳;王晴;刘远桃;郗海东
【摘要】基于嵌入式及无线网络技术设计的手持式移动护士站,采用带有RFID电
子标签的腕带作为病人身份识别的标识,通过ZigBee无线通信网络与医院信息系
统(HIS)实现信息交互.手持式移动护士站能够让医护人员在病房查询病人基本信息、医嘱及护理执行情况,同时录入新的医嘱和护理信息并对HIS的信息更新.移动护士站作为HIS的功能扩展和信息延伸,实现了前后2个平台的信息共享,避免医疗工作中的差错,有效提高医院的护理质量和工作效率.
【期刊名称】《工业仪表与自动化装置》
【年(卷),期】2015(000)006
【总页数】4页(P79-82)
【关键词】嵌入式;无线网络;移动护士站;HIS;RFID;ZigBee
【作者】许江淳;王晴;刘远桃;郗海东
【作者单位】昆明理工大学信息工程与自动化学院,昆明650500;昆明理工大学信
息工程与自动化学院,昆明650500;中国电力投资集团,昆明650228;昆明理工大学信息工程与自动化学院,昆明650500
【正文语种】中文
【中图分类】TP393
0 引言
近年来，全球各国都致力于利用信息技术改造传统的医疗活动，达到提高医疗机构工作效率，减少医疗事故和纠纷，减轻医护人员的劳动强度，合理配置医疗资源等效果，其中具有代表性的是医院信息系统HIS(Hospital Information System)。

HIS是基于PC机的综合管理系统，主要是针对医院各个部门的日常工作进行信息化、数字化管理。

HIS的子系统之一是护理信息系统NIS(Nursing Information System)，NIS为医护人员提供了查看和录入护理信息的功能，但是这些功能仅限于在PC机上操作。

随着信息技术的发展，基于嵌入式的无线网络技术广泛应用到了各行各业［1］。

无线网络技术的广泛应用为完善医院管理，实现HIS向病房的扩展和延伸提供了可能。

该文设计了一种基于嵌入式技术和无线网络技术的手持式移动护士站，实现了医嘱和护理信息的数字化与移动化，让医护人员在临床服务中进行实时的信息查询、核对和录入及更新等工作，实现了床边护理，无纸化办公，避免人为差错，能够有效地提高医护人员的工作效率。

1 总体方案设计
手持式移动护士站硬件系统框图如图1所示。

手持式移动护士站外形小巧，配有液晶触摸屏，由值班护士随身携带。

该文以三星公司生产的ARM9内核的
S3C2440作为控制核心，搭配了RFID射频卡读卡器和ZigBee模块，扫描病人住院时发放的RFID标签腕带，识别病人身份，通过ZigBee技术从上位机的HIS系统获取病人医嘱、护理记录等信息，显示在液晶屏上。

护士根据医嘱发放药篮，并在移动护士站输入病人的护理临床信息，通过ZigBee模块同步信息，更新HIS系统。

设备采用锂电池作为电源，人机交互界面友好，使用方便。

图1 系统结构框图
2 ZigBee网络结构
移动式护士站需要一种低功耗、网络容量大的传输网络。

ZigBee除了满足以上条件外，还具有低成本、组网方便、低传输速率的特点［2］。

ZigBee无线传感器网络拓扑支持星形网络、树形网络和网状网络3种形式。

其中树形网络采用分级路由策略，如图2所示，每个终端节点只能同它上一级路由节点通信，数据通过层层传递汇集到协调器节点［3］。

图2 树形网络拓扑图
在实际应用中，护士会携带手持式移动护士站在固定范围的多个病房内走动，同时也为了方便以后的功能扩展和覆盖范围扩大，因此设计的网络拓扑选用树形网络。

3 硬件接口模块简介
3.1 ZigBee通信模块
ZigBee 根据功能完整性分为全功能设备(FFD)和半功能设备(RFD)。

全功能设备(FFD)和半功能设备(RFD)的区别之处在于能否转发其他设备的数据帧。

因此ZigBee树形网络拓扑的终端节点选用RFD，协调器节点和路由节点选用FFD。

节点芯片采用的是TI公司的CC2520RF收发器。

MCU通过4线SPI与RF芯片CC2520通信，并通过SPI编程来控制CC2520。

通过读写寄存器来设置CC2520的工作状态，以及FIFO和FIFOP管脚状态值来判断缓存中是否有数据，并以此为依据完成数据的无线收发。

通过CCA管脚来判断信道的忙闲状态;SFD管脚为帧起始定界符管脚，可以反映收发数据的时序信息［4］。

由于ZigBee通信是通过串口读写数据的，串口数据只能以十六进制和ASCII形式读取，因此，需要事先编辑好病因诊断代码和主治医生代码，接收到数据后调取代码表，病因才能显示在手持设备上。

3.2 RFID模块
RFID技术是用电磁波反射的能量进行信息识别从而实现信息传递。

该模块选用的MFRC522芯片是一款低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片［5］。

MFRC522 提供了 SPI、IIC 和 UART 三种接口模式。

这里RFID通过UART1接口与S3C2440连接，中断管脚与EINT1连接。

4 软件系统设计
4.1 无线网络的软件设计
4.1.1 ZigBee网络组建
树形网络拓扑包括3种节点，即协调器节点、路由节点和终端节点。

节点程序是基于Z-Stack协议栈设计实现的。

协调器节点发起组网操作，路由节点和终端节点加入，完成无线网络的搭建，同时在接收到终端节点发来的数据时，协调器节点还要将数据发送给上位机。

当协调器搭建网络完成后，会进行扫描网络信道能量，网络协调器会在信号强度较弱的信道主动扫描申请加入网络的设备，而在其他信道中，网络协调器则被动地接收设备发送的入网申请。

完成入网操作后，网络协调器准备进入接收状态。

网络协调器搭建无线网络流程如图3所示。

图3 网络协调器搭建无线网络流程图
终端(路由)节点向网络协调器发送加入网络数据包，如果网络协调器回发确认数据包，则可确认终端(路由)节点已经加入了网络;否则没有加入到网络。

4.1.2 数据传输
系统为节点之间的应用数据包定义了统一的格式，以便于无线网络中信息的传输，如表1所示。

此格式的通信数据包在节点之间作为ZigBee数据帧的应用层的负载传输。

表1 ZigBee通信数据包格式?
在Z-Stack中，节点收到数据时，会触发AF_INCOMING_MSG_CMD事件，应用程序可解析接收到的消息中的簇信息(Cluster ID)，进行相应的处理。

Cluster ID的作用是用来指定数据包的格式和类型。

在节点发送数据时，需要调用AF层
的接口函数AF_DataRequest()来发送数据，发送ZigBee的数据帧时，需要提供Cluster ID和目的节点地址。

目的节点地址包含节点地址类型、节点地址和端点(endpoint)，其数据结构如下:
4.2 射频卡读卡器软件设计
由于腕带信息是由上位机写入，因此在手持设备的软件支持上，不启用写功能，只作为读模块使用。

在工作时，程序通过UART1接口发送RFID的ISO14443标准指令来获取RFID标签的数据。

当RFID读模块探测到RFID标签时，通过
S3C2440发送一个中断信号来触发事件。

RFID程序流程如图4所示。

图4 RFID程序流程图
4.3 嵌入式用户图形界面GUI设计
手持式移动护士站的交互界面采用Qt/Embedded开发。

通过Qt API接口函数与Linux I/O设备直接交互，拥有较高的运行效率，而且整体采用面向对象编程，拥有良好地体系架构和编程模式［6］。

医护人员查房流程如图5所示。

图5 医护人员查房流程图
根据实际情况设计医护人员查房流程。

为实现流程图内的所有功能，并与后台信息管理系统一一对应，手持设备的交互系统主要包括5大部分:用户登录，病人基本信息，医生医嘱信息，医护人员护理记录以及数据同步设置。

整个Qt用户系统界面的设计采用了QMain-Window场景作为视图框架，在此框架上加载不同的功能控件，通过TabWidget来实现窗口部件的切换。

以护理记录面板为例，点击护理记录，可以切换至页面，实现了从视图(QMainWindow)→自定义功能部件类(TabWidget)→子窗口类(Qlabel，QSlider等)→信号与槽函数链接(Singnal＆Slots)添加成一整套完整的用户操作系统界面，在此界面上共计5个
界面之间的快速链接跳转，操作简单，方便医护人员的操作。

手持设备终端护理记录界面如图6所示。

图6 手持设备终端护理记录界面
5 结语
该文所设计的移动护士站系统以固定护士工作站为原型，以HIS为支撑平台，通
过ZigBee组建网络平台，力图实现护理工作向床边转移。

手持设备以ARM9作
为控制核心，运行可靠，实时性好。

与传统的固定护士工作站相比，移动护士站工作区域集中，能够提高医护工作人员的工作效率，简化工作流程，使病人信息能够快速准确地反馈到医院的后台管理系统当中，并能及时查询病人最近病情、医嘱及护理信息，实现无纸化办公，减少了重复劳动，有效地提高医嘱的时效性和准确性，减少出错率，提高患者的满意度。

参考文献:
［1］郑娥，冯先琼.移动护理信息系统应用效果的研究进展［J］.中国实用护理杂志，2014，30(7):12-14.
［2］陈建明，张彬.低功耗无线传感器能量供应装置的探索［J］.传感器与微系统，2010，29(11):48-50.
［3］无线龙.ZigBee无线网络原理［M］.北京:冶金工业出版社，2011.
［4］邱丽娟，姜宇，胡成全.无线传感器网络可靠性研究进展［J］.传感器与微系统，2011，30(10):1-3.
［5］耿丽微，钱东平，赵春辉.基于射频技术的奶牛身份识别系统［J］.农业工程学报，2009，25(5):137-141.
［6］何剑锋，邬文彪，李宏穆，等.嵌入式Linux系统的Qt/Embedded图形界
面开发［J］.电子工程师，2007，33(7):46-48.。