基于ZigBee和LabVIEW的空巢老人看護(hù)系統(tǒng)研究

覃傳妹 謝聰

摘要： 青壯年人士迫于生計或工作壓力整日奔波在外導(dǎo)致老人獨守“空巢”，已成為社會常態(tài)，所以老人因犯病不被及時發(fā)現(xiàn)并救治的事例不計其數(shù)。為了攻克這項社會難題，各式各樣的老人遠(yuǎn)程看護(hù)系統(tǒng)應(yīng)運而生。本課題所研究的內(nèi)容是空巢老人遠(yuǎn)程看護(hù)系統(tǒng)，通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳感技術(shù)采集并傳輸居家老人的生命體征參數(shù)，再用LabVIEW的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將以上參數(shù)發(fā)送到遠(yuǎn)程客戶端，以便隨時觀察老人身體情況，發(fā)現(xiàn)問題及時送醫(yī)救治。

關(guān)鍵詞：ZigBee ?LabVIEW ?空巢老人 ?遠(yuǎn)程看護(hù) ?生命體征參數(shù)

引言

如何養(yǎng)老成為一個全社會面臨的大問題。國務(wù)院印發(fā)的《中國老齡事業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，指出到2030年全國老年人口規(guī)模將會翻一番，老齡事業(yè)發(fā)展任重道遠(yuǎn)。本項目通過Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、LabVIEW應(yīng)用技術(shù)，搭建一個供親屬和社區(qū)醫(yī)院遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)空巢老人心電、溫度、血氧飽和度（SaO2 ）、血壓等生命體征的健康服務(wù)系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到以上體征不在正常范圍內(nèi)時，能及時提醒親屬和社區(qū)醫(yī)院注意，采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減少生命危險情況的發(fā)生。因此造價低而又能夠全方位給老人以呵護(hù)的健康管理平臺是亟需的，這能使我們社會以及現(xiàn)代外出工作的年輕人能夠通過這么一個平臺來共同為父母的健康保駕護(hù)航。同時作為子女的我們，也少一份愧疚感，多一份對父母的關(guān)心，最重要的是讓普通家庭的空巢老人也多一份健康保障，因此該項目研究意義重大。

1系統(tǒng)硬件部分

1.1系統(tǒng)整體架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，ZigBee終端節(jié)點有三個，分別是人體溫度無線傳感器節(jié)點、脈搏心率監(jiān)測節(jié)點、血壓監(jiān)測節(jié)點、血氧飽和度節(jié)點，ZigBee協(xié)調(diào)器，裝有LabVIEW軟件的PC機，遠(yuǎn)程客戶端設(shè)備。ZigBee協(xié)調(diào)器是整個網(wǎng)絡(luò)的主控節(jié)點，負(fù)責(zé)發(fā)起網(wǎng)絡(luò)，設(shè)定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，管理網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點以及存儲網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點信息等，在網(wǎng)絡(luò)形成后可充當(dāng)路由器，實現(xiàn)人體生理信息無線監(jiān)控終端和監(jiān)控中心的相互通訊。利用當(dāng)下流行的低能耗、低成本的Zigbee無線通信技術(shù)，構(gòu)建無線傳感器節(jié)點，制作成輕巧的佩戴裝置讓空巢老人攜帶，可采集老人的心電、溫度、血糖、血壓等生命體征參數(shù)，通過ZigBee收發(fā)器傳送數(shù)據(jù)給Zigbee協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器用串口通信線與PC機連接，用于傳輸參數(shù)到上位機，PC機上的LabVIEW虛擬軟件把采集到的參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫，并描繪出內(nèi)各項生命體征參數(shù)一段時間內(nèi)的曲線圖，遠(yuǎn)程客戶端如社區(qū)醫(yī)院管理系統(tǒng)可以訪問LabVIEW的Web服務(wù)器，觀察老人一段時間內(nèi)生命體征參數(shù)的變化情況，及時發(fā)現(xiàn)問題，聯(lián)系老人親屬提早干預(yù)，當(dāng)出現(xiàn)體征參數(shù)偏離正常值時，社區(qū)醫(yī)院管理系統(tǒng)發(fā)出緊急警報，親屬手機也會有手段短信提醒。親屬和社區(qū)醫(yī)院雙方監(jiān)測，達(dá)到雙重保障。

1.2系統(tǒng)硬件設(shè)計

本課題直接選用家用的PC機作為處理器，運用PC機上LabVIEW虛擬軟件的強大功能，對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理、保存并顯示，還可以充當(dāng)服務(wù)器用。LabVIEW是一種G語言，開發(fā)難度低、速度快、成本低。其可調(diào)用微軟數(shù)據(jù)庫，保存龐大的數(shù)據(jù)。通過其自帶的Web服務(wù)器，可以遠(yuǎn)程訪問現(xiàn)場數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，這有利于遠(yuǎn)程社區(qū)醫(yī)院及時掌握老人的生命特征參數(shù)。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)選用TI的CC2530芯片組網(wǎng)，在系統(tǒng)中起到射頻收發(fā)的作用，其內(nèi)部自帶8051微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，終端節(jié)點還包括傳感器。體溫傳感器選用M601芯片， 精度±0.1°C ，利于多點組網(wǎng)尋址，功耗低，用于人體表皮測溫較靈敏、精確度高，適合用于可穿戴體溫測量裝置。本芯片在疫情防控期間的測溫系統(tǒng)中使用率高，給疫情防控工作起到很大的推動作用。脈搏跳動次數(shù)可以反映心率快慢，人的生命體征不穩(wěn)定心率變化最迅速，所以對脈搏的監(jiān)測很重要，本課題選用懸臂梁結(jié)構(gòu)的全橋應(yīng)變片式傳感器測量脈搏，脈搏跳動會使傳感器彈性元件發(fā)生微小形變，使貼在彈性元件上的應(yīng)變片發(fā)生細(xì)微變形從而其電阻發(fā)生變化，引起轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓發(fā)生變化，電壓經(jīng)過放大濾波供節(jié)點處理器采集，應(yīng)變片反應(yīng)靈敏適合用來測量跳動快的脈搏。血氧飽和度的測量可以判斷人體呼吸系統(tǒng)是否存在障礙，本課題選用反射式光電傳感器，依據(jù)朗伯比爾定律，從光源發(fā)射出的光，一部分被皮膚組織吸收，另一部分由血液漫反射回來，另外還有一部分透射出去，而發(fā)射回來的光能精確反應(yīng)出血管內(nèi)容積變化，根據(jù)變化多少計算出血氧飽和度。

1.3系統(tǒng)軟件設(shè)計流程

ZigBee是基于IEEE802.15.4的局域網(wǎng)協(xié)議，其組網(wǎng)步驟一般如下：初始化ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點及其協(xié)議層，啟動ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點，寫入啟動模式、設(shè)備類型、信標(biāo)事件和超幀長度等參數(shù)，根據(jù)以上參數(shù)與服務(wù)器建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)建成后，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)與終端各節(jié)點通信，終端節(jié)點收到協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器發(fā)來的命令時，終端節(jié)點做出相應(yīng)的操作后將結(jié)果發(fā)回給協(xié)調(diào)器，使終端節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)。程序流程圖如圖2所示。

2總結(jié)

本項目有諸多亮點，如應(yīng)用 Zigbee 無線通信技術(shù)，它組成的終端節(jié)點體積小，節(jié)點攜帶的微處理器信息存儲容量大， 2節(jié)5號電池能夠滿足其待機模式下工作半年以上所以功耗低，加網(wǎng)速度在30ms左右，射頻段是免費的2.4GHz。在物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸系統(tǒng)中處于優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)：

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基金項目：2017年度廣西壯族自治區(qū)中青年教師基礎(chǔ)能力提升項目《基于ZigBee的空巢老人看護(hù)系統(tǒng)設(shè)計》（編號：2017KY1305）階段性研究成果。

作者簡介：覃傳妹（1987.10～），女，廣西大學(xué)行健文理學(xué)院實驗師，研究方向：控制工程。謝聰，廣西大學(xué)行健文理學(xué)院講師。