林飞宇 夏兴洋 汤建华 叶鸿达（西华大学电气与电子信息学院，四川成都 610039）
ZigBee技术和STM32用于医院房管理的研究
林飞宇夏兴洋汤建华叶鸿达
（西华大学电气与电子信息学院，四川成都610039）
【摘 要】ZigBee是一种短距离无线通信技术，在工控、民用等领域应用广阔；Zigbee具有低价位、低功耗、短距离、传输可靠性高、安装设置简单等特点，这些特点使得其在家庭自动化、照明系统、工业控制和监控、医疗保健等领域得到广泛应用；本文阐述了ZigBee的技术特点、基本原理及提供了一种用于医院病房管理方案。
【关键词】ZigBee无线通信低功耗低价位病房管理
1 引言
我国人口数量巨大，医疗资源紧张，医护人员对病人的在院治疗及康复有着极其重要作用，其工作质量、负责程度直接影响到在院病人的康复及医院的声誉；医护人员的素质差异、及工作负荷差异等因素造成了难以对其工作质量的评估；为了有效的提高医务人员的利用率，传统的有线呼叫系统已经不适用于大型医院的病房管理，并且它具有安装连线复杂、出故障后检修困难、成本高、性能单一等缺点，不能提供完善的病房服务及管理，也不能考核医护人员护理质量；有些医院虽然是安装的无线呼叫系统，但是存在稳定性差、能耗大、功能单一、不便于组网等缺点。为解决上述问题，本文阐述了ZigBee技术和微控制器STM32用于病房管理，其优点是：能无线呼叫医护人员、能考核医护人员的工作质量、能在液晶上显示信息、操作简单、安装简便、成本低、可靠性高、低功耗、手持便携等特点。
2 ZigBee技术的特点及系统
2.1ZigBee技术的主要特点
ZigBee的底层技术基于IEEE 802.15.4协议，它的物理层和媒体访问控制层直接使用了IEEE 802.15.4的定义；它是新兴的一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、高可靠度的廉价无线网络通信技术，在普通干电池供电下，可工作长达一年以上，它的协议栈是免费使用的，它的响应速度快、网容量大，它在IT行业中有巨大的发展前景，ZigBee技术的简单可靠，改良了近距离通信方式，提升了通信质量。
2.2嵌入了ZigBee技术的单片机——CC2530
CC2530是德州仪器公司出产的一款芯片，专门用于2.4GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE应用。CC2530的特点包括以下几个方面：
（1）外围电路简单：需要极少的外接元件，一个晶振即可满足网状网络系统。
（2）低功耗：1）主动模式RX（CPU空闲）：24mA； 2）主动模式TX （CPU空闲）：29mA；3）供电模式1（4us唤醒）：0.2mA；4）供电模式2（睡眠定时器运行）：1uA；5）供电模式3（外部中断）：0.4uA；6）宽电源电压范围（2V--3.6V）。
（3）嵌入微控制器：优良的性能和具有代码预取功能的低功耗8051微控制器内核；32-、64-或128-KB的系统可编程闪存；8-KB RAM，具备在各种供电方式下的数据保持能力；支持硬件调试。
（4）有丰富的外设：五通道的DMA，一个16位定时器和一个8位定时器，IR发生电路，具有捕获功能的32KHz睡眠定时器，8路数输入和可被指分辨率的12位ADC，电池监视和温度传感器，2个串行通信的USART，21个通用I/O引脚，看门狗定时器。
图1 监控终端硬件框图
图2 路由节点
图3 病人节点
3 基于ZigBee及微控制器的医院病房管理系统
3.1管理方案
本方案基于ZigBee技术和STM32组成的呼叫系统，它是由病人手持节点、护士便携节点、路由节点和监控终端组成。
病人手持节点处有紧急呼叫按钮、普通呼叫按钮和服务评价按钮，病人可以通过呼叫按钮呼叫医护人员，病人手持节点将床位信息通过路由节点发送到监控终端，监控终端根据护士的服务标记情况分配护士到位服务，并标记服务直到服务结束或护士便携终端无服务回应；即使医护人员离病房较远也可以接收到监控终端信息，并且监控终端会根据病人节点传来的服务评价信息统计并存储医护人员的服务质量。
监控终端对病人手持节点的呼叫响应、及分配护士服务，可根据病人评价、劳动负荷及工作质量进行分配响应，而这些数据由医护人员服务次数以及病人评价自动由监控终端统计并存储。监察人员可以定期对这些数据进行考察，来评估医护人员的工作质量，确保病人的医治质量以及医院声誉。
3.2方案特点
本管理方案能及时响应病人不同类型的呼叫请求，能够提升医护人员的护理质量，能方便的统计和考察医护人员的工作质量，提高医护人员的利用率；本方案的设计简单，不需要复杂的技术支持，采用无线组网，使医护人员不必守在监护办公室，可以在网络覆盖范围内任意移动而不耽误对病人的监护任务。
3.3硬件系统设计
3.3.1监控终端
监控终端主要对网络的运行情况进行实时监控，监督各病区护士给病人提供护理服务的情况，同时统计病人在接受服务后给予的呼叫评价消息并存储，它由主控制器STM32F103、CC2530模块、电源模块、TFT彩屏显示器构成。其硬件结构框图如图1所示：
3.3.2路由器
ZigBee 路由器为路由节点，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号，避免因传输路线过长造成信号的缺失、不准确。它主要用于支撑网络链路结构，增大数据传输距离，扩大网络的规模，为移动中的病人提供便利，由发光二极管、CC2530模块、电源模块构成。其硬件结构简图如图2所示。
3.3.3病人节点
病人节点主要包括呼叫功能、服务确认功能、时间显示功能、电量检测功能和对护士服务的评价功能，由12864液晶显示器、CC2530模块、电源部分、发光二极管、按键构成。其硬件结构框图如图3所示。
3.3.4护士节点
护士节点主要包括时间显示功能、电量检测功能、声音报警功能和震动报警功能，由CC2530模块、震动马达、供电部分、蜂鸣器、按键、发光二极管、Oled显示屏构成。硬件结构框图如图4所示。
3.4软件系统设计
在本文中，软件设计是为了搭建无线网络，实现病人的手持终端、护士便携终端以及监控终端之间的数据发送、转发及接收。下面就对网络中的各部分进行程序设计。（图5、图6、图7）
图4 护士节点
图5 监控中心软件设计流程图
图6 协调器设计流程图
图7 病人和护士节点节点软件设计流程图
4 系统调试事项
本呼叫系统调试由模块调试和系统联调两部分工作构成，模块调试主要对系统的硬件、软件的检验，确保呼叫系统的硬件软件满足要求没有故障；呼叫系统的联调能正常反映医院环境情况和系统工艺，现场得到系统的性能指标；在系统调试时先做模块调试，后系统联调；系统调试时上电前必须确保供电线路、接地线路可靠连接，包括接地端子接触、接地端对地电阻。
系统投入实际运行前，必须确保联调完成后，芯片及其它器件发热正常，有可靠而散热装置，预先进行模拟运行。
5 结语
ZigBee所拥有低功耗、廉价、组网方便以及技术简单等优良特色，将其用于医院管理中，对病人呼叫进行实时响应，让医护人员能及时对病人进行护理，能对医护人员进行监督管理，提高了医护人员工作效率和医疗服务水平，相比于其它的呼叫方式具有更高的性价比。
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