智能醫療護理系統之信息采集模塊

叢玉華++孫海波

摘要：智能醫療護理系統共包含三大模塊：手持醫療終端、信息采集模塊和數據庫管理系統。手持醫療終端用于護理人員采集患者生命體征、遺囑查詢等。信息采集模塊用于采集患者身份、生命體征等信息。數據庫采用MySQL，實現相關信息的處理。本文主要針對智能醫療護理系統中的信息采集模塊進行了設計與實現，采用了ZigBee傳感網絡實現血壓、心率、體溫數據的無線收發。

關鍵詞：智能醫療護理 ZigBee 傳感器

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0079-02

1 引言

隨著社會的進步與發展，人們生活水平隨之提高，但也伴隨著各種疾病的滋生。人們對于健康要求越來越高，醫療器件向著智能化，小型化改進。作為智能醫療的一部分，無線體感網，可快捷、高效采集患者的生命體征，實現與手持醫療終端的無線對接。

2 系統構建

智能醫療護理系統主要分為三個部分：手持醫療終端、信息采集模塊 、數據庫管理系統。整個系統中，手持醫療終端作為主控器，負責從信息采集模塊以無線方式獲得患者基本信息和生命體征信息，并將相關信息與數據庫管理系統進行交互，交互方式也采用WLAN無線通信形式。信息采集模塊由ZigBee無線體感網構成，負責采集患者體溫、血壓、心率等。數據庫部分負責存儲患者相關信息。本文重點介紹信息采集模塊部分。ZigBee無線體感網，用于采集患者生命體征信息，網絡中的節點包括，體溫節點、心率節點、血壓節點。各個節點將采集到的數據發送給協調者，協調者將收到的數據發送給手持醫療終端。該模塊框圖如圖1所示。

3 ZigBee無線體感網

3.1 ZigBee技術

ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。它基于IEEE802.15.4標準，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。ZigBee節點類型有協調器、路由器、節點。本課題選擇的節點共有兩種，一種是協調器，一種是節點。采用的是網蜂ZigBee CC2530模塊作為協調器和節點。

3.2 傳感器節點

3.2.1 溫度傳感器節點

本系統中采用DS18B20數字溫度傳感器測患者體溫。DS18B20是一種單總線的數字式溫度傳感器。該傳感器利用獨特的單線接口方式，在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。溫度傳感器與ZigBee節點的接口實物及電路圖為圖2。其中數據線接于節點P0.6引腳。

如下代碼為ZigBee 對其P0_6引腳信息的讀取：

3.2.2 心率傳感器

患者心率由心率傳感器Pulsesensor來測出，該傳感器是一款用于脈搏心率測量的光點反射式模擬傳感器。將其佩戴于手指或耳垂等處，通過導線連接可將采集到的模擬信號傳輸給CC2530的單片機中，然后進行運算得出心率值。其測量原理是：手指組織可以分成皮膚、肌肉、骨骼等非血液組織和血液組織。其中，非血液組織的光吸收量是恒定的，而在血液中，靜脈血的搏動相對于動脈血是十分微弱的，可以忽略。因此，可以認為光透過手指后的變化僅由動脈血的充盈而引起的，那么在恒定波長的光源的照射下，通過檢測透過手指的光強可以間接測量到人體的脈搏信號。下圖3為心率傳感器與ZigBee節點的接口實物圖。其中心率傳感器Pulsesensor共三個引腳分別是，高電平、低電平和數據線（模擬電壓信號），其中數據線接在節點單片機上的P0.6引腳上。

測取心率的驅動代碼：

3.2.3 血壓傳感器

血壓傳感器采用的是可用于二次開發的產品，該產品特點有：從加壓到放壓，全自動進行；血壓值，脈搏數同時顯示；下圖4為血壓傳感器與ZigBee節點的接口實物圖。接口采用的是RS-232串口通信方式。

測取血壓的代碼：

4 功能測試與總結

信息采集模塊，完成后需實現與手持醫療終端，數據庫的進行通信，下圖為集成后的系統實物圖，實驗箱為手持醫療終端，左前方為信息采集用的射頻模塊和體征采集用的ZigBee體感網，溫度傳感器放于腋下，血壓傳感器放在手腕部，心率傳感器可放在手指或耳部，右側筆記本電腦為數據庫管理系統。實驗箱為開發好的手持醫療終端原型，通過無線WiFi可以從數據庫中調取相關信息，實現遠程問診等功能。手持醫療終端還可以從射頻讀取模塊上采集到患者的身份識別碼，通過ZigBee傳感網絡獲取患者血壓、心率、體溫三種生命體征，保存于數據庫中。（如圖5所示）所有功能皆已實現，但因各方面因素制約，系統存在一定的不足，后續會繼續改進。

參考文獻

[1]李俊斌，胡永忠.基于CC2530的ZigBee通信網絡的應用設計[J].電子設計工程，2011（16）.

[2]張蕓薇.基于ZigBee無線傳感網數據采集的設計與實現[D].大連：大連理工大學，2007.

[3]閆沫 ZigBee協議棧的分析與設計[D].廈門：廈門大學，2007.

[4]張軍.智能溫度傳感器DS18B20及其應用[J].儀表技術，2010（4）.

摘要：智能醫療護理系統共包含三大模塊：手持醫療終端、信息采集模塊和數據庫管理系統。手持醫療終端用于護理人員采集患者生命體征、遺囑查詢等。信息采集模塊用于采集患者身份、生命體征等信息。數據庫采用MySQL，實現相關信息的處理。本文主要針對智能醫療護理系統中的信息采集模塊進行了設計與實現，采用了ZigBee傳感網絡實現血壓、心率、體溫數據的無線收發。

關鍵詞：智能醫療護理 ZigBee 傳感器

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0079-02

1 引言

隨著社會的進步與發展，人們生活水平隨之提高，但也伴隨著各種疾病的滋生。人們對于健康要求越來越高，醫療器件向著智能化，小型化改進。作為智能醫療的一部分，無線體感網，可快捷、高效采集患者的生命體征，實現與手持醫療終端的無線對接。

2 系統構建

智能醫療護理系統主要分為三個部分：手持醫療終端、信息采集模塊 、數據庫管理系統。整個系統中，手持醫療終端作為主控器，負責從信息采集模塊以無線方式獲得患者基本信息和生命體征信息，并將相關信息與數據庫管理系統進行交互，交互方式也采用WLAN無線通信形式。信息采集模塊由ZigBee無線體感網構成，負責采集患者體溫、血壓、心率等。數據庫部分負責存儲患者相關信息。本文重點介紹信息采集模塊部分。ZigBee無線體感網，用于采集患者生命體征信息，網絡中的節點包括，體溫節點、心率節點、血壓節點。各個節點將采集到的數據發送給協調者，協調者將收到的數據發送給手持醫療終端。該模塊框圖如圖1所示。

3 ZigBee無線體感網

3.1 ZigBee技術

ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。它基于IEEE802.15.4標準，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。ZigBee節點類型有協調器、路由器、節點。本課題選擇的節點共有兩種，一種是協調器，一種是節點。采用的是網蜂ZigBee CC2530模塊作為協調器和節點。

3.2 傳感器節點

3.2.1 溫度傳感器節點

本系統中采用DS18B20數字溫度傳感器測患者體溫。DS18B20是一種單總線的數字式溫度傳感器。該傳感器利用獨特的單線接口方式，在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。溫度傳感器與ZigBee節點的接口實物及電路圖為圖2。其中數據線接于節點P0.6引腳。

如下代碼為ZigBee 對其P0_6引腳信息的讀取：

3.2.2 心率傳感器

患者心率由心率傳感器Pulsesensor來測出，該傳感器是一款用于脈搏心率測量的光點反射式模擬傳感器。將其佩戴于手指或耳垂等處，通過導線連接可將采集到的模擬信號傳輸給CC2530的單片機中，然后進行運算得出心率值。其測量原理是：手指組織可以分成皮膚、肌肉、骨骼等非血液組織和血液組織。其中，非血液組織的光吸收量是恒定的，而在血液中，靜脈血的搏動相對于動脈血是十分微弱的，可以忽略。因此，可以認為光透過手指后的變化僅由動脈血的充盈而引起的，那么在恒定波長的光源的照射下，通過檢測透過手指的光強可以間接測量到人體的脈搏信號。下圖3為心率傳感器與ZigBee節點的接口實物圖。其中心率傳感器Pulsesensor共三個引腳分別是，高電平、低電平和數據線（模擬電壓信號），其中數據線接在節點單片機上的P0.6引腳上。

測取心率的驅動代碼：

3.2.3 血壓傳感器

血壓傳感器采用的是可用于二次開發的產品，該產品特點有：從加壓到放壓，全自動進行；血壓值，脈搏數同時顯示；下圖4為血壓傳感器與ZigBee節點的接口實物圖。接口采用的是RS-232串口通信方式。

測取血壓的代碼：

4 功能測試與總結

信息采集模塊，完成后需實現與手持醫療終端，數據庫的進行通信，下圖為集成后的系統實物圖，實驗箱為手持醫療終端，左前方為信息采集用的射頻模塊和體征采集用的ZigBee體感網，溫度傳感器放于腋下，血壓傳感器放在手腕部，心率傳感器可放在手指或耳部，右側筆記本電腦為數據庫管理系統。實驗箱為開發好的手持醫療終端原型，通過無線WiFi可以從數據庫中調取相關信息，實現遠程問診等功能。手持醫療終端還可以從射頻讀取模塊上采集到患者的身份識別碼，通過ZigBee傳感網絡獲取患者血壓、心率、體溫三種生命體征，保存于數據庫中。（如圖5所示）所有功能皆已實現，但因各方面因素制約，系統存在一定的不足，后續會繼續改進。

參考文獻

[1]李俊斌，胡永忠.基于CC2530的ZigBee通信網絡的應用設計[J].電子設計工程，2011（16）.

[2]張蕓薇.基于ZigBee無線傳感網數據采集的設計與實現[D].大連：大連理工大學，2007.

[3]閆沫 ZigBee協議棧的分析與設計[D].廈門：廈門大學，2007.

[4]張軍.智能溫度傳感器DS18B20及其應用[J].儀表技術，2010（4）.

摘要：智能醫療護理系統共包含三大模塊：手持醫療終端、信息采集模塊和數據庫管理系統。手持醫療終端用于護理人員采集患者生命體征、遺囑查詢等。信息采集模塊用于采集患者身份、生命體征等信息。數據庫采用MySQL，實現相關信息的處理。本文主要針對智能醫療護理系統中的信息采集模塊進行了設計與實現，采用了ZigBee傳感網絡實現血壓、心率、體溫數據的無線收發。

關鍵詞：智能醫療護理 ZigBee 傳感器

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0079-02

1 引言

隨著社會的進步與發展，人們生活水平隨之提高，但也伴隨著各種疾病的滋生。人們對于健康要求越來越高，醫療器件向著智能化，小型化改進。作為智能醫療的一部分，無線體感網，可快捷、高效采集患者的生命體征，實現與手持醫療終端的無線對接。

2 系統構建

智能醫療護理系統主要分為三個部分：手持醫療終端、信息采集模塊 、數據庫管理系統。整個系統中，手持醫療終端作為主控器，負責從信息采集模塊以無線方式獲得患者基本信息和生命體征信息，并將相關信息與數據庫管理系統進行交互，交互方式也采用WLAN無線通信形式。信息采集模塊由ZigBee無線體感網構成，負責采集患者體溫、血壓、心率等。數據庫部分負責存儲患者相關信息。本文重點介紹信息采集模塊部分。ZigBee無線體感網，用于采集患者生命體征信息，網絡中的節點包括，體溫節點、心率節點、血壓節點。各個節點將采集到的數據發送給協調者，協調者將收到的數據發送給手持醫療終端。該模塊框圖如圖1所示。

3 ZigBee無線體感網

3.1 ZigBee技術

ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。它基于IEEE802.15.4標準，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。ZigBee節點類型有協調器、路由器、節點。本課題選擇的節點共有兩種，一種是協調器，一種是節點。采用的是網蜂ZigBee CC2530模塊作為協調器和節點。

3.2 傳感器節點

3.2.1 溫度傳感器節點

本系統中采用DS18B20數字溫度傳感器測患者體溫。DS18B20是一種單總線的數字式溫度傳感器。該傳感器利用獨特的單線接口方式，在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。溫度傳感器與ZigBee節點的接口實物及電路圖為圖2。其中數據線接于節點P0.6引腳。

如下代碼為ZigBee 對其P0_6引腳信息的讀取：

3.2.2 心率傳感器

患者心率由心率傳感器Pulsesensor來測出，該傳感器是一款用于脈搏心率測量的光點反射式模擬傳感器。將其佩戴于手指或耳垂等處，通過導線連接可將采集到的模擬信號傳輸給CC2530的單片機中，然后進行運算得出心率值。其測量原理是：手指組織可以分成皮膚、肌肉、骨骼等非血液組織和血液組織。其中，非血液組織的光吸收量是恒定的，而在血液中，靜脈血的搏動相對于動脈血是十分微弱的，可以忽略。因此，可以認為光透過手指后的變化僅由動脈血的充盈而引起的，那么在恒定波長的光源的照射下，通過檢測透過手指的光強可以間接測量到人體的脈搏信號。下圖3為心率傳感器與ZigBee節點的接口實物圖。其中心率傳感器Pulsesensor共三個引腳分別是，高電平、低電平和數據線（模擬電壓信號），其中數據線接在節點單片機上的P0.6引腳上。

測取心率的驅動代碼：

3.2.3 血壓傳感器

血壓傳感器采用的是可用于二次開發的產品，該產品特點有：從加壓到放壓，全自動進行；血壓值，脈搏數同時顯示；下圖4為血壓傳感器與ZigBee節點的接口實物圖。接口采用的是RS-232串口通信方式。

測取血壓的代碼：

4 功能測試與總結

信息采集模塊，完成后需實現與手持醫療終端，數據庫的進行通信，下圖為集成后的系統實物圖，實驗箱為手持醫療終端，左前方為信息采集用的射頻模塊和體征采集用的ZigBee體感網，溫度傳感器放于腋下，血壓傳感器放在手腕部，心率傳感器可放在手指或耳部，右側筆記本電腦為數據庫管理系統。實驗箱為開發好的手持醫療終端原型，通過無線WiFi可以從數據庫中調取相關信息，實現遠程問診等功能。手持醫療終端還可以從射頻讀取模塊上采集到患者的身份識別碼，通過ZigBee傳感網絡獲取患者血壓、心率、體溫三種生命體征，保存于數據庫中。（如圖5所示）所有功能皆已實現，但因各方面因素制約，系統存在一定的不足，后續會繼續改進。

參考文獻

[1]李俊斌，胡永忠.基于CC2530的ZigBee通信網絡的應用設計[J].電子設計工程，2011（16）.

[2]張蕓薇.基于ZigBee無線傳感網數據采集的設計與實現[D].大連：大連理工大學，2007.

[3]閆沫 ZigBee協議棧的分析與設計[D].廈門：廈門大學，2007.

[4]張軍.智能溫度傳感器DS18B20及其應用[J].儀表技術，2010（4）.