基于ZigBee協(xié)議的醫(yī)院病房呼叫系統(tǒng)

尹娟

山東省千佛山醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程部，山東 濟(jì)南 250014

基于ZigBee協(xié)議的醫(yī)院病房呼叫系統(tǒng)

尹娟

山東省千佛山醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程部，山東 濟(jì)南 250014

本文基于ZigBee技術(shù)，利用TI公司的CC2430芯片，設(shè)計了一個無線病房呼叫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了患者的呼叫信息可以在護(hù)士手持設(shè)備和控制中心及時顯示，控制中心還可以對患者的呼叫信息進(jìn)行集中管理。

病房呼叫系統(tǒng)；醫(yī)療設(shè)備；ZigBee；CC2430

病房呼叫系統(tǒng)是患者聯(lián)系護(hù)理人員的重要手段，在醫(yī)院和護(hù)理中心中得到廣泛應(yīng)用，并被推薦為醫(yī)院病房建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施。但現(xiàn)在的病房呼叫系統(tǒng)，大多采用有線設(shè)備，信息在護(hù)士站集中顯示，不利于患者和護(hù)理人員及時聯(lián)系。本文設(shè)計了一個基于ZigBee技術(shù)的無線病房呼叫系統(tǒng)，病人可以在病房內(nèi)利用手持設(shè)備呼叫護(hù)士，護(hù)士站會接到呼叫信息，同時護(hù)士的手持設(shè)備也會接到呼叫信息，所有設(shè)備的通信采用無線方式，有利于系統(tǒng)構(gòu)建和病人與醫(yī)護(hù)人員的聯(lián)系。

1 ZigBee技術(shù)

圖 1 ZigBee協(xié)議結(jié)構(gòu)

ZigBee[1]協(xié)議是一種自組織的無線通信協(xié)議，具有低功耗、低速率、低成本、高可靠性等特點(diǎn)。其物理層和MAC層基于802.15.4協(xié)議[2]，網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層由ZigBee聯(lián)盟制定，適用于智能建筑、工業(yè)控制、醫(yī)療監(jiān)控等多個領(lǐng)域，協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖1所示。現(xiàn)在已有Invensys、三菱、摩托羅拉、飛利浦，TI等多家公司加入ZigBee聯(lián)盟，開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。國內(nèi)亦有采用ZigBee技術(shù)用于醫(yī)療設(shè)備[3-5]。

本系統(tǒng)硬件采用CC2430[6]構(gòu)建，CC2430是TI公司生產(chǎn)的一款適用于ZigBee協(xié)議的SOC，芯片內(nèi)部集成了一個高性能的無線收發(fā)器CC2420[7]、一個8051微處理器和最高達(dá)128KB的FLASH，同時還集成了DMA控制器、定時器、串口和ADC等單元。CC2430工作在2.4GHZ，采用擴(kuò)頻通信，具有低功耗、高可靠性等特點(diǎn)，配合TI公司的Z-STACK協(xié)議棧，可以很好地實(shí)現(xiàn)ZigBee協(xié)議[8-10]。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由病人呼叫設(shè)備、病房顯示系統(tǒng)、路由器、協(xié)調(diào)器、護(hù)士手持設(shè)備和PC機(jī)構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

病人呼叫設(shè)備主要用來發(fā)送呼叫請求和取消呼叫。病房顯示系統(tǒng)用來顯示請求信息和轉(zhuǎn)發(fā)信號。協(xié)調(diào)器主要負(fù)責(zé)信號的轉(zhuǎn)發(fā)和整個網(wǎng)絡(luò)的控制。護(hù)士手持設(shè)備用來接收病人的呼叫信息。PC機(jī)負(fù)責(zé)信息的管理，路由器為可選設(shè)備，當(dāng)設(shè)備之間距離較遠(yuǎn)或障礙較多，影響無線信號的傳輸時，可用路由器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

當(dāng)病人有需求時，通過自己的呼叫設(shè)備發(fā)送呼叫請求，病房顯示系統(tǒng)接收到呼叫信息后，對病人的呼叫進(jìn)行顯示，同時將病人的呼叫請求發(fā)送到協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器收到呼叫請求后，在控制中心顯示病人的呼叫信息，同時將信息轉(zhuǎn)發(fā)至護(hù)士的手持設(shè)備。護(hù)士收到呼叫請求后，會及時趕到病房，用病人的呼叫設(shè)備發(fā)送一個取消信號，表示本次呼叫已經(jīng)被響應(yīng)。協(xié)調(diào)器還會將病人的呼叫信息和護(hù)士的處理信息上傳至PC機(jī)，存入數(shù)據(jù)庫，可用于工作管理和查詢。

圖 2 病房呼叫系統(tǒng)框圖

2.1 病人呼叫設(shè)備

病人呼叫設(shè)備采用PT2262編碼芯片，接收方采用PT2272解碼芯片。PT2262/PT2272 是臺灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS 工藝制造的低功耗低價位通用編解碼電路，可用于無線遙控發(fā)射，PT2262/PT2272有12 位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳,任意組合可提供531441個地址碼,有6 位(D0-D5)數(shù)據(jù)端管腳,具有相同地址碼的編解碼芯片可以互相通信，數(shù)據(jù)端的不同狀態(tài)可以標(biāo)示不同的病床。

2.2 病房顯示系統(tǒng)

病房顯示系統(tǒng)由CC2430和PT2272解碼芯片，以及顯示信號燈等部分構(gòu)成，PT2272收到PT2262傳送的信息，CC2430根據(jù)得到的信息確定病床號，將信息通過射頻發(fā)送到控制中心，同時，相應(yīng)的信號燈點(diǎn)亮。病房顯示系統(tǒng)還具有路由器的功能，距離控制中心較遠(yuǎn)的病房的呼叫信息，可以通過多跳的方式傳送到協(xié)調(diào)器。

2.3 控制中心

控制中心由CC2430和PC機(jī)構(gòu)成，CC2430作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)整個網(wǎng)絡(luò)的建立和管理，患者的呼叫信息，由病房顯示系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器，在控制中心集中顯示，并通過串口傳至PC機(jī)進(jìn)行存儲。同時，患者的呼叫信息還會轉(zhuǎn)發(fā)至對應(yīng)護(hù)士的手持設(shè)備，這樣，即使護(hù)士不在控制中心，依然可以收到病人的呼叫信息。

2.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

ZigBee協(xié)議支持三種基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分別是star、tree和mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖3 所示，圖中ZC為協(xié)調(diào)器、ZED為終端設(shè)備、ZR為路由器。本系統(tǒng)采用mesh結(jié)構(gòu)，在mesh中，無線覆蓋范圍內(nèi)的各個設(shè)備可以互相通信，設(shè)備可以在網(wǎng)內(nèi)自由移動，網(wǎng)絡(luò)具有很好的自組織性和可靠性。

圖 3 ZigBee協(xié)議拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

患者的呼叫信息經(jīng)由病房顯示系統(tǒng)傳至協(xié)調(diào)器，距離協(xié)調(diào)器較遠(yuǎn)的病房，可以通過相鄰病房的病房顯示系統(tǒng)，用多跳的方式傳送到協(xié)調(diào)器，護(hù)士手持設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)中的終端設(shè)備，可以在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)自由移動，選擇一個最近的病房顯示系統(tǒng)作為路由器，通過多跳的方式與協(xié)調(diào)器通信。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

本系統(tǒng)應(yīng)用2.4GHz的無線頻率，即ISM頻段。使用CC2430芯片，基于ZigBee協(xié)議實(shí)現(xiàn)一個多跳的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸速率為250kbps，單跳通信距離不少于50m，加上路由器的轉(zhuǎn)發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，很好地解決在建筑物內(nèi)由于墻壁造成的無線信號阻礙，在多個樓層之間進(jìn)行通信。通過在病房內(nèi)的實(shí)際使用，很好地實(shí)現(xiàn)了對病人呼叫的集中管理和實(shí)時響應(yīng)，特別是護(hù)士手持設(shè)備，可以隨時隨地的接受病人的呼叫信息，大大提高了護(hù)士的工作效率。

4 總結(jié)

本系統(tǒng)完成了一個基于ZigBee協(xié)議的醫(yī)院病房呼叫系統(tǒng)，利用ZigBee技術(shù)可以很好地實(shí)現(xiàn)患者呼叫信息的傳送，通過對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，患者的心電監(jiān)護(hù)等信息同樣可以通過本系統(tǒng)進(jìn)行傳輸。

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The Ward Calling System Based on ZigBee Protocol

YIN Juan
Medical Engineering Department, Shandong Provincial Qianfoshan Hospital, Jinan Shandong 250014 ,China

TN929.5；TP393

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.11.009

1674-1633(2010)11-0025-02

2010-04-15

2010-08-26

作者郵箱：qsh@sdu.edu.cn

Abstract:The ward calling system based on ZigBee protocol and CC2430 SOC was discussed in this paper. In this system, the calling information of the patient can display on the nurse's handset and control center, it also can be managed in the control center.

Key words:the ward calling system;medical equipment;ZigBee;CC2430