基于 ZigBee 技术的老年人远程保健监护系统设计

时间：2021-11-30 10:58:40

关键字：人体健康监测无线传输ZigBee CC2530 协调器串口助手

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[导读]摘要：我国医疗资源紧缺，老年人面临着看病难、治病难、监控难的局面。文中设计基于ZigBee 技术的老年人远程保健监护系统。该系统基于 ZigBee 无线通信技术，将终端采集到的体温与心率数据经过主控芯片处理后发送至协调器，在 PC 端通过串口助手实现数据的实时监测。若身体生理参数正常，则将采集到的数据存档管理；若老年人突发疾病，则医生可发现异常数据，进行有效治疗，从而达到健康监测的目的。

0 引言

我国人口老龄化具有速度快、规模大、健康水平堪忧等基本特征 [1]。同时，医疗体系应对的主要是治愈急性和突发疾病，而慢性病和需要中长期治疗的疾病却很难得到良好的医疗条件和足够医生的救治，因此老年人的医疗资源更加匮乏。面对老龄化给社会带来的诸多压力，高新技术，尤其远程健康监护服务是改善救治手段和提高救治效率的有效途径，基于 ZigBee 技术的老年人远程保健监护系统应运而生。

国外对于健康监测方面的研究早于国内，美国军方用于监测士兵的呼吸、心电、体温等参数。对于处于运动中的个体，身体参数的变化能够及时传输到总控中心进行实时监测 [2]。随着智能设备和物联网技术的发展，实时监测开始涉及云计算、云服务等新兴技术，医疗监测不只为了疾病的治疗，更为了疾病的预防。后期欧洲提出“Healthy Aims”项目，利用植入式医疗传感器监测生理数据，经过处理的数据通过ZigBee 无线传感器网络传输至看护中心以便向病人展开救治工作 [3]。

国内的远程医疗发展初期利用卫星进行监测，采用电话线传输医学影像。1997 年成立的远程医疗中心传输方式是邮件电话等，第三军医大学的研究项目“863”家庭数字化医疗监护系统使远程监控步入家庭 [4]。

近几年，ZigBee 被应用于远程医疗监测。2012 年金林、刘小钦等人设计了基于 ZigBee 技术的老年人监护系统，可防跌倒，采集心率、血压、体温等数据，可在 PC 端建立档案并进行管理 [5]。

1 硬件设计

ZigBee 技术是一种短距离，低功耗，低复杂度，低成本，低数据率的双向无线通信技术。健康监测的生理信号数据量不大，ZigBee 能够满足其数据传输要求。ZigBee 节点组网拓扑结构灵活，可随意加入或离开，并且有低功耗和低成本的特点。

基于 ZigBee 的老年人监护系统分为采集模块、协调器模块和显示模块。采集模块分为体温采集和心率采集：CC2530 作为主控芯片，温度传感器选用 DS18B20，心率采集采用光电式心率传感器 Pluse Sensor。协调器模块采用CC2530，通过 UART 转 USB 数据线和 PC 端进行串口通信。显示模块是 PC 端，PC 内部设置有串口助手，医生可随时查看采集的参数。ZigBee 无线监护系统原理框图如图 1 所示。

基于 ZigBee 技术的老年人远程保健监护系统设计

1.1 体温采集电路

本文系统选取 CC2530 芯片作为生理数据采集终端的控制芯片，DS18B20 芯片使用一根杜邦线接在前端，数据传输到控制芯片中进行处理。P0-7 引脚旁有板载电源和地，温度传感器直接插下去（面对扁平端，左负右正），3.3 V 接VCC，P0-7 接 DQ，GND 接 GND。具体连接电路如图 2 所示。

1.2 心率采集电路

心率采集的控制芯片也是 CC2530，脉搏信号输出的 S口接芯片的 P0-6 口，CC2530 的 I/O 口全部引出，其周边电路接法如图 3 所示。

1.3 系统采集模块

本文系统的采集模块有体温采集、获取心率和无线发送至终端节点（RFD）三个功能。采集模块电路如图 4 所示。

1.4 协调器模块

协调器作为本文系统的数据接收端，包含无线收发和连接电脑的 USB 模块。协调器控制芯片为 CC2530，对比采集模块中的芯片，硬件电路中缺少了传感器接口，其他功能则完全相同，不再赘述。

2 软件设计

2.1 协调器模块

本文系统采用 ZigBee 星型拓扑结构，协调器位于结构中心。通过 ZigBee 网络将其命令信息发送至终端节点，将终端节点读取的数据存储或通过串口通信转发至微处理器。协调器工作流程如图 5 所示。

2.2 终端节点

终端设备是执行整个系统数据收集和控制的对象。其主要功能是接收协调节点的命令信息，收集采集端的采集信息，并通过 ZigBee 网络将信息传输到 RFID。终端节点流程如图 6 所示。

3 系统测试

将相应的程序通过仿真器下载到协调器和终端节点中，打开 PC 机上的串口助手，系统开始工作，模块工作状态如图 7 所示。

打开串口调试助手，可测试室内温度。室内温度测试结果如图 8 所示。页面左半部分为终端节点采集到的温度，右半部分为终端节点实时传输至协调器的温度数据。若用手握住传感器，则持续升温，串口助手显示温度不断上升，直至达到体温数据，体温测试结果如图 9 所示，心率测试结果如图 10 所示，此时心率数据为 80 次 /min。

基于 ZigBee 技术的老年人远程保健监护系统设计

4 结语

本文根据我国医疗现状设计了一种基于 ZigBee 技术的老年人远程保健监护系统。该系统由生理数据采集模块、协调器模块和显示模块三个部分组成。系统将获取到的体温和心率等生理信息传送至控制芯片 CC2530 进行处理，同时基于ZigBee 技术传输至协调器，协调器通过串口转 USB 数据线连接至 PC 端，监护者可在 PC 端观察老年人的生理信息，为老年人提供健康监控，做到患病时及时治疗，健康时防患于未然。