基于ZigBee 的无线医疗监护系统设计

基于ZigBee 的无线医疗监护系统设计

摘要：zigbee技术是一种短距离、低速率、低功耗、网络容量大且具有自组织自愈功能的无线通讯技术[1]。该文提出了一种基于zigbee技术的无线医疗监护系统解决方案，系统硬件平台基于ti 公司的cc2530芯片，软件平台基于ti公司的z-stack协议栈。温度及脉搏传感器采集人体的生理数据，通过gprs（通用无线分组业务）及ethernet（以太网）传输，最终实现医院对患者生理信息的远程采集和诊断。

关键词：zigbee；cc2530；z-stack；医疗监护

中图分类号：tp311 文献标识码：a 文章编号：1009-3044（2013）03-0640-06

传统的医疗监护方式都是由固定的医院、专门的医生、专业的护士来完成，这种监护方式不仅占用了紧缺的医疗资源，而且监护设备的有线束缚给患者带来很大的不便，医院的信息化建设并不能实时地采集病人的生理数据并处理和监护，将物联网技术应用于医疗信息化将会有效提高医院的服务质量，提升国民健康水平。zigbee 技术是一种新兴的低成本、低功耗、低速率、短距离的无线网络技术。基于zigbee技术可构建无线医疗监护系统，克服传统有线网络的缺点，且系统容量大、支持星型、树型以及网状网的网络拓扑结构[2]。

1 系统整体设计

在该系统中，通过zigbee技术构成了一个无线传感器监护网络，

传感器节点上使用中央控制器对所需要测量的生理指标传感器进行控制及数据采集，通过zigbee网络将数据发送至网关设备，再通过gprs及ethernet 网络将数据传输到远程医疗监护中心，由专业医疗人员对数据进行统计观察，提供必要的咨询服务和医疗指导，实现远程医疗。基于zigbee的无线医疗监护系统体系结构如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 网关模块

网关模块主要由处理器cpu、gprs通信模块、zigbee收发模块和电源模块构成。其中cpu可以采用基于cortex-m0内核的lpc1200系列微控制器，该控制器具有2个uart，128kb的片内flash存储器和8k的数据存储器，并且可以使用嵌入式操作系统，功能十分强大。gprs模块使用华为公司的em310 gsm模块，此模块内置了tcp/ip协议栈，可以实现zigbee网络和以太网的数据通信。zigbee 模块的芯片采用的是ti公司的cc2530，ti公司有免费的zigbee 协议栈zstack，对于使用开发zigbee网络十分方便，且嵌入了8051内核，单片cc2530即可实现节点的基本功能，具体的硬件构成如图2所示。

2.2 数据采集模块

数据采集模块采用的是基于ieee802.15.4的cc2530无线收发芯片及传感器组成。cc2530主要是用来实现网络节点之间、节点与网关之间的无线通信，它完全支持zigbee组网协议，具有传输速率

高、传输距离远以及低功耗等优点，同时还有如下特征：1）rf的频带宽度在2394mhz-2507mhz完全适应2.4ghz ieee802.15.4的rf 收发频段并采用直接序列扩频（dsss）扩频技术；2）极高的接收灵敏度（-97dbm）和抗干扰性强；3）只要极少的外围元件就满足网状网络系统的需要；4）低功耗主动rx空闲为24ma，tx在1dbm 为29ma；5）低电压供电2v-3.6v；6、支持zigbee2007/pro的协议标准。主要由传感器模块、处理器模块、无线通信模块以及电源模块组成[3]，基本组成如图3所示。

传感器采用的是hk-2000a脉搏传感器和数字型温度传感器

ds18b20。基于pvdf压电膜的hk-2000a型集成化脉搏传感器来采集脉搏信号，它是一个集成化的传感器，将pvdf压电膜、感温元件、灵敏度温度补偿元件、信号调理电路等都集成在传感器的内部[4]。它具有完善的信号调理功能，我们在使用时不需要再加滤波处理等电路。hk-2000a脉搏传感器输出同步于心脏搏动的脉冲信号，可用于脉搏数据的实时采集。它的工作电压是3～12v的直流电压，压力量程为-50～+300mmhg。当它的电压加上1.5v大于vcc 时，输出高电平，当其电压小于0.2v时，输出低电平。它还具有抗干扰性能强、过载能力大、灵敏度高、一致性好、使用寿命长、性能稳定可靠等特点。

数字型温度传感器ds18b20，它能够提供9-12位（二进制）温度读数，指示检测目标的温度。ds18b20是通过一条单线接口对数据进行发送或接收，因此从处理器到ds18b20仅需一条线（加上地线）

来进行连接，ds18b20的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源，因为它能直接从单线通讯线上汲取能量。每一个ds18b20在出厂时已经给定了独有的64位序列号，因此允许多个ds18b20连接到同一条单线总线上[5]。它的测温范围：-55～+125℃，精度可达0.1℃。

3 系统软件设计

3.1 网络的初始化及建立