基于ZigBee与GPRS智能医疗监护网关设计

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1、基于ZigBee与GPRS智能医疗监护网关设计　　摘要：为了实现传感器网络的远程监护，结合ZigBee和GPRS各自的优势和特点，提出了一种基于ZigBee通信技术和GPRS移动通信网络相结合的物联网网关设计方案。该方案基于高速低耗的主控单片机来实现ZigBee协议、TCP/IP、GPRS和GSM的协议之间的转换，可运用于医疗监护及各类需要无线接入物联网的数据处理转发需求，并通过互联网云端Yeelink平台实现远程监测数据的功能。实际测试结果表明，该系统稳定可靠，方便扩展、实时性强。　　关键词：无线传感网络；物联网；医疗监护；ZigBee；GPRS；Ye

2、elink　　中图分类号：TP336文献标示号：A文章编号：2095-1302（2013）10-0034-03　　0引言　　随着物联网的不断普及和技术的广泛推广，物联网技术给医疗卫生行业带来了深远的影响。“物联网医学”[1]成为了人们关注的另一个焦点，“物联网医学”是复旦大学附属中山医院在第七届上海国际呼吸研究研讨会上向国内医学界提出的。所谓物联网医学，指的是利用传感技术，将传感器固定在人体上，传感器的终端嵌入和连接到医疗检测设备里，医生可通过手机或电脑连接到该终端，实时地实现对病人全天候、远程检测及诊断[2]。9　　1远程智能医疗监护系统　　针对物联网

3、医学提倡的全方位互联的特点[3]，本文将ZigBee和GPRS技术相结合，充分利用网络资源，设计了对智能医疗多监护参数进行处理、传输和可视化的网关系统，在一定范围内配置一处或者多处血压、体温、血氧和脉搏传感器[4]，组成ZigBee无线传感器网络。ZigBee网络作为低功耗、低复杂度、低成本且可自动组网的无线网络技术，支持传感器信息采集、传输和处理，可以将不同点的多个传感器数据利用无线网络进行通信[5]，同时结合GPRS技术实现远程监控，改变了传统无线传感网络需要依托有线公共网络进行数据传输的限制，解决了同时安装大量检测装置、布线量大、线路维护和更改困难

4、的难题，使网络显示出巨大的优势[6]。　　图1所示是远程智能医疗监护系统架构图。该系统将信息通过HTTPPOST数据包上传到互联网云端Yeelink平台，从而实现对体征数据的实时采集、处理、可视化和远程监测。实际测试结果表明，该系统稳定可靠，方便扩展、实时性强。　　2网关节点硬件设计9　　设计实现了一种基于STC12C5A60S2为主控芯片的智能网关系统，单片机负责GPRS与ZigBee网络之间的双向数据转换[7]，网关实际上是一个基于GPRS协议和ZigBee协议的转换网关。在ZigBee网络中，网关起到网络协调器的作用，主要工作包括ZigBee组网组

5、建、监听终端节点以及与终端节点之间的双向通信等；另外，网关节点还承担GPRS协议与ZigBee协议间数据的转换，GPRS网络数据的接收和发送，以及处理GSM短信息查询等任务。　　该系统的网关硬件节点电路分为ZigBee通信模块、GPRS通信模块和电源供电模块。网关硬件结构图如图2所示。　　2.1电源供电模块　　因ZigBee模块和GSM模块所需电压分别为3.3V和5.5V，故系统的电源模块将9V的电压输入转化为3.3V和5.5V这两种电压输出供处理器和其他模块使用。该方式的特点：一是系统电源模块能留出足够的余量，最大可提供3A的电流，从而防止因功率输出过

6、大造成电源芯片发热、烧毁；其二是本系统通过LDO芯片LM2575-5和LM1117-3.3两级降压，设计电源精度为98%，纹波为30mV，能满足系统要求。　　2.2ZigBee通信模块9　　ZigBee通信模块是基于TI公司CC2530F256芯片，内部运行ZigBee2007/PRO协议栈，具有ZigBee的全部特性。针对复杂的ZigBee协议，本模块将协议栈嵌入模块内部，只留出串口，在与主控芯片通信时无需考虑ZigBee内部协议栈，只需要读写串口即可实现数据的无线传输，简单易用，可大大减少开发周期[9]。ZigBee模块可通过串口连接到PC，可直接配

7、置参数设置为协调器、路由器和终端节点。协调器为最初加入网络的节点分配网络地址（16位），每个ZigBee网络需要唯一的一个协调器；路由器可以接收、转发数据，起到路由和中继的作用；终端节点通常为电池供电的低功耗设备，用于采集传感器数据，周期性发送数据。ZigBee组网状况使用SensorMonitor软件观察。本网关系统采用星型网络[8]，因此只用到ZigBee协调器和终端节点。图3所示是星型网状的ZigBee组网。　　2.3GPRS通信模块　　GPRS模块使用的是龙尚的A8000，其采用德国英飞凌的基带芯片，具有超高的接收灵敏度，是一款双频900/180

8、0MHz高集成度的GSM/GPRS模块。内嵌TCP/IP协议模块，使用简单，支持