基于ZigBee的无线呼叫医疗监护系统

摘要：针对医疗领域的传统呼叫系统存在着布线繁琐、安装麻烦、成本高、易受环境干扰等问题，设计了一种基于ZigBee的无线呼叫医疗监护系统，并阐述了该系统的硬件设计和软件设计。该系统以ARM作为控制核心，CC2420芯片作为射频发送、接收模块，分别完成了协调器、终端控制器、显示报警以及温湿度传感器模块的设计。测试结果表明，该系统安装方便、可扩展性强，符合呼叫系统的发展趋势。
关键词：ZigBee；无线呼叫；ARM；CC2420

0 引言
    无线呼叫系统是一种广泛应用于餐饮、休闲、医护、行政办公等场所的电子产品。目前，多数无线呼叫系统使用调幅(AM)和调频(FM)技术实现，其普遍存在信号不稳定、距离不够远、组网能力弱、高功耗等缺点。ZigBee凭借其低功耗、低成本、低速率、近距离、短时延、高容量、高安全、免执照频段、组网能力强等特点，弥补了调频器无线呼叫系统、调幅无线呼叫系统的各种缺陷。并且ZigBee技术可以嵌入各种设备，主要应用于自动控制和远程控制系统。本文介绍的医疗无线呼叫系统正是基于ZigBee技术，实现医疗领域的无线呼叫监控。

1 硬件设计
    本系统由病人呼叫终端、ZigBee PAN协调器、ARM主控平台、声光报警器、LCD显示屏、上位机构成。系统结构如图1所示。

1．1 ZigeBee发送、接收节点
    ZigeBee的发送节点，使用矩阵键盘实现相应的呼叫功能，当ZigeBee发送节点端的辅助芯片AVR单片机检测到有发送请求时，立即进入中断，从而控制CC2420发送相应数据。且当CC2420被激活之后，其会自动寻找周围ZigeBee网络并请求加入，当协调器允许节点加入后，节点即将所要发送的数据信息发送至协调器。
    ZigeBee的接收节点(即PAN协调器)，主要由AVR单片机与CC2420组成，用以组建无线网络、接收节点信息。
1．2 控制核心
    S3C2410处理器是Samsung公司生产的32位ARM微控制器。该处理器拥有：独立的16 KB指令Cache和16 KB数据Cache，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND闪存控制器，3路UART，4路DMA，4路带PWM的Timer，I／O口，RTC，8路10位ADC，Touch Screen接口，I2C-BUS接口，I2S-BUS接口，2个USB主机，1个USB设备，SD主机和MMC接口，2路SPI。其最高可运行在203 MHz。

1．3 温湿度传感器
    SHT11是瑞士Sensirion公司生产的具有I2C总线接口的单片全校准数字式相对湿度和温度传感器。该传感器采用独特的CMOSens TM技术，具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换的特点。
    该系统的每一个发送节点均配有一个SHT-11传感器，当有呼叫激励存在时，SHT-11所采集的温度和湿度会随呼叫信息一起发送给接收节点。
1．4 数据显示
    为了能够使信息醒目，特意加进了报警系统，即当有信息到来时，在LCD屏上显示的同时进行声光报警。
1．5 上位机
    为了便于管理和应用，该系统可通过RS 232串口将系统所获得的信息传送至上位机。在上位机中不仅可以同步发送／接收信息，而且还可以查询／删除历史记录，这样就可以更好的管理和控制。

2 软件设计
2．1 下位机软件设计
    系统下位机软件主要由发送端程序和接收端程序组成，均包含系统初始化程序、发射程序和接收程序。初始化程序主要是对AVR单片机的I／O口、CC2420芯片、串口进行配置；发射程序将建立的数据包通过AVR单片机串口接口传送至射频发生模块输出；接收程序完成数据的接收并进行处理。图2给出了数据发送、接收流程图。

2．2 上位机软件设计
    上位机软件使用Microsoft Visual Basic 6．0编写，主要功能是通过PC机串口接收由PAN协调器转发的呼叫请求信号、温湿度数据，及发送应答信号。其可详细显示呼叫地址、房间温湿度，并将接收的数据以TXT文本格式储存在本地PC机，方便进行历史查询和清除历史记录等操作。


3 系统测试及结果
    本系统采用白盒和黑盒两种方案分别对系统功能、实现原理，以及其他可靠性参数进行测试分析。
    测试结果如图3～图5所示。

    通过白盒与黑盒测试之后，表明该系统能正常工作，只是在大量节点同时入网时系统不够稳定，这主要是由于系统中处理负荷增大所造成的。

4 结语
    病员呼叫系统作为联系患者与医护人员的重要手段，已被各个医院广泛应用，成为标配设置之一。基于ZigBee的无线呼叫医疗监护系统能够提高医院病区自动化管理水平，减轻医护人员工作强度，降低成本投入。与传统的呼叫方式相比，该系统具有免布线、维护方便、低功耗等特点，且扩展方便，有利于定制和二次开发。