基于无线传感器网络的病房监控系统设计

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1、基于无线传感器网络的病房监控系统设计[导读]目前医院中对病人输液和血压心跳等生理特征的监测大多采用人工进行，且需病人配合，此类日夜不停的监测任务加重了医务人员与患者的负担，特别是在晚上，更容易在昏昏欲睡时出现不应有的事故，这就导致了医疗监测的效目前医院中对病人输液和血压心跳等生理特征的监测大多采用人工进行，且需病人配合，此类日夜不停的监测任务加重了医务人员与患者的负担，特别是在晚上，更容易在昏昏欲睡时出现不应有的事故，这就导致了医疗监测的效率低下和一定程度的不安全性，造成了医务人员不能及时得到相关数据、及时发现异常情况和缺乏输液速度、结束提示等问题

2、。针对以上问题，本文设计了一种基于无线传感器网络、能对病人的状态(包括病人的输液状况和病人心跳、血压等数据)自动进行采集和传输的病房监控系统，实现了输液和血压心跳等生理特征监测的自动化、智能化。设计中采用重力传感器监测输液的液量、速度及输液过程，采用生理传感器检测病人的血压、心跳等生理特征，并实现了自动测试、自动报警等功能;系统中的数据传输采用基于Zigbee技术的无线传感器网络，将各监测点作为无线传感器节点，定时将各个节点采集的信息通过自动路由传输给控制台中心机。在控制台中心机上，自动比较各项数据是否在正常范围内，并及时对异常情况发出警报;控制台

3、中心机还能自动发送病人特征数据定时监测指令给监测点，以便监测点做出相应的处置。这就大大降低了护理强度，减小了人为疏忽造成的医疗事故，从而极大地提高了医疗效率和质量。1低功耗无线传感网络的系统架构本文设计的基于无线传感器网络的病房监控系统中采用ZigBee网络协议栈支持网状拓扑结构，使得整个网络拥有很高的可靠性，广阔的覆盖范围和简单的部署方式;采用ZigBee技术的另一个原因，是因为它是一种适合低速率、短距离数据传输，且功耗很低的无线通信技术。在ZigBee网络中，有3种逻辑设备类型，它们分别是：协调器(Coordinator)、路由器(Router

4、)和终端设备(End-device)。一个ZigBee网络包括一个协调器以及多个路由器和终端设备。协调器包含所有的网络消息，是3种设备类型中最复杂的一种，存储容量最大、计算能力最强。发送网络信标、建立整个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息、不断地接收信息。路由器能够提供路由服务的网络设备，能够实现网络数据包的转发，路由设备也能够充当终端节点使用，但是路由器不能够进入睡眠模式。终端设备是网络拓扑结构中的叶子节点，它们仅与它们的父节点相互通讯，并且不能够提供路由服务。设计的系统总体框架如图1所示，无线网络的监控服务系统，为一

5、个分布式传感网，包括控制台中心机和输液监控节点。图中1为控制台中心机，配置为无线传感器网络的协调器。图中2至n为输液监控节点，对应无线网络的终端设备，也可作路由器。控制台中心机可以与输液监控节点直接通信，输液监控节点问也可通过无线信号相互通信，当远处的监控节点或与监控中心间通信信号被屏蔽时，输液监控节点可以通过同类监控节点将其液面信号及病人生理信息传输至控制台中心机。在一个病房监控系统中，控制台中心机数量为1，输液监控节点数可动态配置。输液监控节点间及控制台中心机之间采用IEEE802.X/Zigbee协议进行通信。即1通过发送一个广播信息将自己的

6、身份广播给周围的节点，节点2至n将1的地址记录在自已的地址表中，然后向1发送请求，表明自已要加入1建立的网络中，如果1同意接收某个节点的数据，就给该节点发送一个确认信息，节点2至n收到确认信息后以路由器的身份加入网络，并且开始以一定的间隔向1发送数据。该系统的硬件实现采用了多个基于STM32W108(Cortex—M3内核)无线SOC芯片的节点板组成的ADK—STM32W—SK嵌入式无线通信开发套件，节点板上内嵌了ZigbeePRO/IEEE802.15.4协议栈，带有射频功放，并可选择安装多种传感器。通过调用ZigBeePRO的专用软件库，即安装

7、EmberZNet栈软件，提供创建ZigBee无线个域网所需的基本功能，就可以在应用层上进行相应的开发。2控制台中心机的模块设计实现控制台中心机核心模块采用ARMCortex—M3处理器，具有较高的性能和较低的动态功耗，是专门针对微控制器应用开发的主流ARM处理器。控制台中心板上采用固定电源，上电后CPU进行初始化，启动应用程序。根据ADK—STM32W—SK无线通信开发套件所提供的软件库，建立基于ZigBeePro协议栈的mesh网络。由控制台中心机负责发送网络信标，建立安全有序的网络，接收所有输液结点上发送的信息，控制台中心机可以与任意一个输液

8、监控节点通过无线信号相关联。除此之外，系统的控制台中心机还应具备如下功能：1)剩余输液量或剩余输液时间的实时显示;将各输液