基于ZigBee組網(wǎng)技術(shù)的智慧病房系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王文峰，高瑩瑩

（1.哈爾濱石油學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 157300；2.哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院，黑龍江 哈爾濱 157300）

0 引 言

每個(gè)病人的體質(zhì)和創(chuàng)口情況不同，對(duì)病房的溫度濕度等環(huán)境要求也不同，護(hù)士站需要實(shí)時(shí)掌握每個(gè)病房的溫濕度情況；護(hù)士需要定期對(duì)每個(gè)病人的體溫進(jìn)行測量，工作量比較大。臨床求助呼叫是傳送臨床信息的重要手段，是病人請(qǐng)求幫助的重要工具，要求將病人的請(qǐng)求快速準(zhǔn)確地傳遞給醫(yī)護(hù)人員。

智慧病房系統(tǒng)作為提高病房管理水平、服務(wù)水平和減輕醫(yī)護(hù)人員工作負(fù)擔(dān)的輔助設(shè)施，可以完成上述需求。同時(shí)該系統(tǒng)要求24小時(shí)無間斷工作、系統(tǒng)故障率低、性能和質(zhì)量穩(wěn)定可靠[1-3]。根據(jù)以上需求和特點(diǎn)，本文提出一種基于ZigBee組網(wǎng)的智慧病房系統(tǒng)設(shè)計(jì)[4-5]。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體方案

本系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)監(jiān)測終端模塊和應(yīng)用終端模塊兩部分組成。數(shù)據(jù)監(jiān)測終端模塊包括ZigBee終端設(shè)備1（患者）、ZigBee終端設(shè)備2（醫(yī)護(hù)人員）、協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器；應(yīng)用終端模塊包括Windows應(yīng)用終端和Android應(yīng)用終端。系統(tǒng)總體方案如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體方案

1.2 ZigBee終端設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的終端設(shè)備由兩部分組成：患者終端設(shè)備、醫(yī)護(hù)人員終端設(shè)備。各終端設(shè)備與協(xié)調(diào)器構(gòu)成ZigBee星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，完成數(shù)據(jù)的傳輸和自動(dòng)控制功能。環(huán)境溫濕度模塊型號(hào)為DHT11溫濕度傳感器，體溫測量模塊型號(hào)為DS18B20溫度傳感器，呼叫模塊采用中斷方式來完成系統(tǒng)功能，顯示模塊采用OLED顯示屏完成相關(guān)信息的顯示。其中DHT11和DS18B20輸出的模擬信號(hào)由CC2530芯片自帶的12位ADC完成采樣得到相應(yīng)的溫度值和濕度值。系統(tǒng)ZigBee終端空閑時(shí)可以進(jìn)入睡眠模式，在需要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行喚醒，能進(jìn)一步的節(jié)省電量，遵循了低成本、低功耗原則[6-8]。

1.3 ZigBee協(xié)調(diào)器設(shè)計(jì)

ZigBee協(xié)調(diào)器模塊主要功能是完成網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。系統(tǒng)啟動(dòng)后，自動(dòng)進(jìn)行組網(wǎng)，等待Windows和Android終端設(shè)備命令，ZigBee終端將傳感器采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至ZigBee協(xié)調(diào)器上，由協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)打包，通過串口上傳至服務(wù)器，建立TCP/IP連接，由Windows和Android用戶應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行解析，完成相應(yīng)的查詢和控制。

1.4 應(yīng)用模塊設(shè)計(jì)

醫(yī)護(hù)人員可以通過Windows用戶（電腦端）完成各種ZigBee終端的分發(fā)和信息錄入工作，同時(shí)可以修改數(shù)據(jù)庫中病人相應(yīng)的信息，完成基礎(chǔ)信息資料的添加和更新操作，為系統(tǒng)啟動(dòng)提供基礎(chǔ)支撐和控制[9-10]。

該模塊在Windows用戶（電腦端）和Android用戶（手機(jī)端）以圖表的形式顯示病房的溫濕度，以非常直觀的方式顯示出來，數(shù)據(jù)每15 min刷新1次。同時(shí)病人體溫的采集數(shù)據(jù)將儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫中，提供給醫(yī)護(hù)人員實(shí)時(shí)查看相應(yīng)病人的體溫?cái)?shù)據(jù)，掌握病人目前的體溫狀況。如果環(huán)境溫濕度和體溫異常的時(shí)候，將通過協(xié)調(diào)器終端向ZigBee終端（醫(yī)護(hù)人員）發(fā)出警報(bào)，提醒醫(yī)護(hù)人員采取某些措施。

2 方案優(yōu)勢

本文提出的智慧病房系統(tǒng)設(shè)計(jì)將ZigBee組網(wǎng)技術(shù)與傳感器技術(shù)相結(jié)合，有效地實(shí)現(xiàn)了病房環(huán)境、病人體溫等數(shù)據(jù)的監(jiān)測，減少了醫(yī)護(hù)人員的工作量。同時(shí)增加了臨床求助呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本方案正是利用了ZigBee組網(wǎng)技術(shù)具有功耗極低、系統(tǒng)簡單、組網(wǎng)方式靈活、成本低、等待時(shí)間短等性能，彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的不足，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）降低了終端設(shè)備的用電功耗，減少了充電或更換電池的次數(shù)，延長了使用的時(shí)間。

（2）ZigBee的響應(yīng)速度較快，整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延較短，能夠完成實(shí)時(shí)性的要求。

（3）能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)組網(wǎng)，使得終端設(shè)備加入和撤出非常便利，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)健壯性較好。

（4）可靠性較好。ZigBee具有可靠的發(fā)送接收握手機(jī)制，可靠地保證了數(shù)據(jù)的發(fā)送接收。

（5）系統(tǒng)成本低。ZigBee模塊工作于ISM的2.4 GHz頻段，故只需要先期的模塊費(fèi)用，無需支付持續(xù)使用費(fèi)用。

3 結(jié) 語

本文借助ZigBee組網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種智慧病房系統(tǒng)，該系統(tǒng)為醫(yī)護(hù)人員實(shí)時(shí)提供病房溫濕度環(huán)境數(shù)據(jù)，有利于為患者術(shù)后恢復(fù)提供舒適的環(huán)境。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了患者體溫的實(shí)時(shí)上報(bào)，醫(yī)護(hù)人員可以通過上位機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)掌握患者的體溫?cái)?shù)據(jù)，減少醫(yī)護(hù)人員頻繁測量體溫等工作。通過系統(tǒng)測試，系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，表現(xiàn)良好，具有實(shí)用性，并為接下來的研究提供了技術(shù)保障。