基于ZigBee技术的远程医疗监护系统设计方案

　　该监护传感器的工作原理为，首先由控制单元发出开始监测某项生理参数的指令，然后通过无线数据通信单元把指令发给生理信息与数据采集单元，对人体生理信号（体温、血压、脉搏、血糖、血氧等）进行采集，最后通过无线数据通信单元将数据传给控制和显示单元中的信息处理模块，一方面对接收到的数据进行处理和显示，另一方面将结果数据存入数据库供检索和回放。节点的核心是无线数据通信单元和生理信息与数据采集单元。

　　2. 2　无线数据通信单元

　　在医院里，所应用的医疗监护设备对电磁辐射的要求很高。对于设备来讲，辐射的电磁波既不能干扰其他设备正常工作，同时也应具有一定的抗干扰能力，不受其他设备辐射出的电磁波干扰。因此，在医院或者使用无线通信的家庭中使用的医疗设备，设计中必须对此进行充分考虑。

　　在本系统中，所使用的射频通信为全球公开的免费2. 4 GHz的ISM频段，采用的通信标准为802. 15. 4 /ZigBee标准。它是一种低复杂度、低功耗和低成本的无线通信技术，可在10～75 m范围内，以20 ～250 kb / s的传输速率来传输医疗数据。它依据802. 15. 4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需少量能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传至另一个传感器，因此，通信效率非常高。它可用普通干电池作电源，在一般情况下，可支持6～24个月，大大减少了频繁更换电池的麻烦。

　　为降低成本，ZigBee标准中定义了两种类型的设备：全功能设备（ full function device, FFD）和简化功能设备（ reduced function device, RFD ） 。

　　FFD可以在3 种不同模式下工作： ①个人网络（personal area network , PAN）协调者； ②协调者；③设备。RFD作为从设备不需要传输大量的数据，且只占用很少的资源。用一个FFD加上一个RFD就可组建一个最简单的WPAN,其中FFD作为PAN协调者来执行通信功能，因此，在任何一个星形网络中都必须至少有一个FFD 来作为PAN协调者。在本系统中， ZigBee设备通常以星形和网状形两种网络结构存在，其网络拓扑结构如图4所示。

图4 ZigBee网络拓扑结构图

　　星形网络结构的通信是以FFD作为PAN协调者完成与设备之间的通信，在该网络中PAN协调者的功能是初始化网络、中止和路由信息。星形网络广泛应用于自动化家居、个人医疗监护系统和医院病房等小区域。

　　2. 3　生理信息与数据采集单元

　　系统中，医疗传感器模块主要实现以下几种功能：体温、血压、血氧和血糖的测量等。其中，体温测量集成了北京迈创公司所生产的YSI体温探头，血压测量集成了迈创公司的KNM无创血压测量模块，血氧测量集成了迈创公司的SWS01血氧测量模块。

　　无线节点为传感器的扩展留出了丰富的接口，如果需要其他类型的生理指标数据，如体温、心电等数据，则只需要将相应的传感器接入预留的接口，形成新的无线传感器节点，开发相应的嵌入式控制及处理软件，就可以将节点直接加入到该无线传感器网络中。

　　3　GPRS /UM TSWLAN网关

　　相对于WLAN 高传输速率、低覆盖范围而言， GPRS/UMTS具有低传输速率和高覆盖范围的特点。本系统利用GPRS/UMTSWLAN网关实现UMTS与WLAN 之间的无缝连接。这样使得配有UMTS和WLAN 接口的设备可以自由地在这两个网络之间进行切换。