基于ZigBee技術(shù)的遠程醫療監護系統設計方案
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該監護傳感器的工作原理為，首先由控制單元發(fā)出開(kāi)始監測某項生理參數的指令，然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)數據通信單元把指令發(fā)給生理信息與數據采集單元，對人體生理信號（體溫、血壓、脈搏、血糖、血氧等）進(jìn)行采集，最后通過(guò)無(wú)線(xiàn)數據通信單元將數據傳給控制和顯示單元中的信息處理模塊，一方面對接收到的數據進(jìn)行處理和顯示，另一方面將結果數據存入數據庫供檢索和回放。節點(diǎn)的核心是無(wú)線(xiàn)數據通信單元和生理信息與數據采集單元。
2. 2 無(wú)線(xiàn)數據通信單元
在醫院里，所應用的醫療監護設備對電磁輻射的要求很高。對于設備來(lái)講，輻射的電磁波既不能干擾其他設備正常工作，同時(shí)也應具有一定的抗干擾能力，不受其他設備輻射出的電磁波干擾。因此，在醫院或者使用無(wú)線(xiàn)通信的家庭中使用的醫療設備，設計中必須對此進(jìn)行充分考慮。
在本系統中，所使用的射頻通信為全球公開(kāi)的免費2. 4 GHz的ISM頻段，采用的通信標準為802. 15. 4 /ZigBee標準。它是一種低復雜度、低功耗和低成本的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，可在10～75 m范圍內，以20 ～250 kb / s的傳輸速率來(lái)傳輸醫療數據。它依據802. 15. 4標準，在數千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調實(shí)現通信。這些傳感器只需少量能量，以接力的方式通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波將數據從一個(gè)傳感器傳至另一個(gè)傳感器，因此，通信效率非常高。它可用普通干電池作電源，在一般情況下，可支持6～24個(gè)月，大大減少了頻繁更換電池的麻煩。
為降低成本，ZigBee標準中定義了兩種類(lèi)型的設備：全功能設備（ full function device, FFD）和簡(jiǎn)化功能設備（ reduced function device, RFD ） 。
FFD可以在3 種不同模式下工作： ①個(gè)人網(wǎng)絡(luò )（personal area network , PAN）協(xié)調者； ②協(xié)調者；③設備。RFD作為從設備不需要傳輸大量的數據，且只占用很少的資源。用一個(gè)FFD加上一個(gè)RFD就可組建一個(gè)最簡(jiǎn)單的WPAN,其中FFD作為PAN協(xié)調者來(lái)執行通信功能，因此，在任何一個(gè)星形網(wǎng)絡(luò )中都必須至少有一個(gè)FFD 來(lái)作為PAN協(xié)調者。在本系統中， ZigBee設備通常以星形和網(wǎng)狀形兩種網(wǎng)絡(luò )結構存在，其網(wǎng)絡(luò )拓撲結構如圖4所示。
圖4 ZigBee網(wǎng)絡(luò )拓撲結構圖
星形網(wǎng)絡(luò )結構的通信是以FFD作為PAN協(xié)調者完成與設備之間的通信，在該網(wǎng)絡(luò )中PAN協(xié)調者的功能是初始化網(wǎng)絡(luò )、中止和路由信息。星形網(wǎng)絡(luò )廣泛應用于自動(dòng)化家居、個(gè)人醫療監護系統和醫院病房等小區域。
2. 3 生理信息與數據采集單元
系統中，醫療傳感器模塊主要實(shí)現以下幾種功能：體溫、血壓、血氧和血糖的測量等。其中，體溫測量集成了北京邁創(chuàng )公司所生產(chǎn)的YSI體溫探頭，血壓測量集成了邁創(chuàng )公司的KNM無(wú)創(chuàng )血壓測量模塊，血氧測量集成了邁創(chuàng )公司的SWS01血氧測量模塊。
無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)為傳感器的擴展留出了豐富的接口，如果需要其他類(lèi)型的生理指標數據，如體溫、心電等數據，則只需要將相應的傳感器接入預留的接口，形成新的無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)，開(kāi)發(fā)相應的嵌入式控制及處理軟件，就可以將節點(diǎn)直接加入到該無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中。
3 GPRS /UM TSWLAN網(wǎng)關(guān)
相對于WLAN 高傳輸速率、低覆蓋范圍而言， GPRS/UMTS具有低傳輸速率和高覆蓋范圍的特點(diǎn)。本系統利用GPRS/UMTSWLAN網(wǎng)關(guān)實(shí)現UMTS與WLAN 之間的無(wú)縫連接。這樣使得配有UMTS和WLAN 接口的設備可以自由地在這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )之間進(jìn)行切換。
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