基于ZigBee协议的医院病房呼叫系统

尹娟

山东省千佛山医院 医学工程部，山东 济南 250014

基于ZigBee协议的医院病房呼叫系统

尹娟

山东省千佛山医院 医学工程部，山东 济南 250014

本文基于ZigBee技术，利用TI公司的CC2430芯片，设计了一个无线病房呼叫系统，实现了患者的呼叫信息可以在护士手持设备和控制中心及时显示，控制中心还可以对患者的呼叫信息进行集中管理。

病房呼叫系统；医疗设备；ZigBee；CC2430

病房呼叫系统是患者联系护理人员的重要手段，在医院和护理中心中得到广泛应用，并被推荐为医院病房建设的标准设施。但现在的病房呼叫系统，大多采用有线设备，信息在护士站集中显示，不利于患者和护理人员及时联系。本文设计了一个基于ZigBee技术的无线病房呼叫系统，病人可以在病房内利用手持设备呼叫护士，护士站会接到呼叫信息，同时护士的手持设备也会接到呼叫信息，所有设备的通信采用无线方式，有利于系统构建和病人与医护人员的联系。

1 ZigBee技术

图 1 ZigBee协议结构

ZigBee[1]协议是一种自组织的无线通信协议，具有低功耗、低速率、低成本、高可靠性等特点。其物理层和MAC层基于802.15.4协议[2]，网络层、应用层由ZigBee联盟制定，适用于智能建筑、工业控制、医疗监控等多个领域，协议结构如图1所示。现在已有Invensys、三菱、摩托罗拉、飞利浦，TI等多家公司加入ZigBee联盟，开发相关产品。国内亦有采用ZigBee技术用于医疗设备[3-5]。

本系统硬件采用CC2430[6]构建，CC2430是TI公司生产的一款适用于ZigBee协议的SOC，芯片内部集成了一个高性能的无线收发器CC2420[7]、一个8051微处理器和最高达128KB的FLASH，同时还集成了DMA控制器、定时器、串口和ADC等单元。CC2430工作在2.4GHZ，采用扩频通信，具有低功耗、高可靠性等特点，配合TI公司的Z-STACK协议栈，可以很好地实现ZigBee协议[8-10]。

2 系统结构

本系统由病人呼叫设备、病房显示系统、路由器、协调器、护士手持设备和PC机构成。系统结构如图2所示。

病人呼叫设备主要用来发送呼叫请求和取消呼叫。病房显示系统用来显示请求信息和转发信号。协调器主要负责信号的转发和整个网络的控制。护士手持设备用来接收病人的呼叫信息。PC机负责信息的管理，路由器为可选设备，当设备之间距离较远或障碍较多，影响无线信号的传输时，可用路由器进行转发。

当病人有需求时，通过自己的呼叫设备发送呼叫请求，病房显示系统接收到呼叫信息后，对病人的呼叫进行显示，同时将病人的呼叫请求发送到协调器。协调器收到呼叫请求后，在控制中心显示病人的呼叫信息，同时将信息转发至护士的手持设备。护士收到呼叫请求后，会及时赶到病房，用病人的呼叫设备发送一个取消信号，表示本次呼叫已经被响应。协调器还会将病人的呼叫信息和护士的处理信息上传至PC机，存入数据库，可用于工作管理和查询。

图 2 病房呼叫系统框图

2.1 病人呼叫设备

病人呼叫设备采用PT2262编码芯片，接收方采用PT2272解码芯片。PT2262/PT2272 是台湾普城公司生产的一种CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，可用于无线遥控发射，PT2262/PT2272有12 位(A0-A11)三态地址端管脚,任意组合可提供531441个地址码,有6 位(D0-D5)数据端管脚,具有相同地址码的编解码芯片可以互相通信，数据端的不同状态可以标示不同的病床。

2.2 病房显示系统

病房显示系统由CC2430和PT2272解码芯片，以及显示信号灯等部分构成，PT2272收到PT2262传送的信息，CC2430根据得到的信息确定病床号，将信息通过射频发送到控制中心，同时，相应的信号灯点亮。病房显示系统还具有路由器的功能，距离控制中心较远的病房的呼叫信息，可以通过多跳的方式传送到协调器。

2.3 控制中心

控制中心由CC2430和PC机构成，CC2430作为ZigBee网络的协调器，负责整个网络的建立和管理，患者的呼叫信息，由病房显示系统转发给协调器，在控制中心集中显示，并通过串口传至PC机进行存储。同时，患者的呼叫信息还会转发至对应护士的手持设备，这样，即使护士不在控制中心，依然可以收到病人的呼叫信息。

2.4 系统网络结构

ZigBee协议支持三种基本的拓扑结构，分别是star、tree和mesh拓扑结构，其结构如图3 所示，图中ZC为协调器、ZED为终端设备、ZR为路由器。本系统采用mesh结构，在mesh中，无线覆盖范围内的各个设备可以互相通信，设备可以在网内自由移动，网络具有很好的自组织性和可靠性。

图 3 ZigBee协议拓扑结构

患者的呼叫信息经由病房显示系统传至协调器，距离协调器较远的病房，可以通过相邻病房的病房显示系统，用多跳的方式传送到协调器，护士手持设备作为网络中的终端设备，可以在网络范围内自由移动，选择一个最近的病房显示系统作为路由器，通过多跳的方式与协调器通信。

3 系统应用

本系统应用2.4GHz的无线频率，即ISM频段。使用CC2430芯片，基于ZigBee协议实现一个多跳的网状网络，数据传输速率为250kbps，单跳通信距离不少于50m，加上路由器的转发，可以实现远距离传输，很好地解决在建筑物内由于墙壁造成的无线信号阻碍，在多个楼层之间进行通信。通过在病房内的实际使用，很好地实现了对病人呼叫的集中管理和实时响应，特别是护士手持设备，可以随时随地的接受病人的呼叫信息，大大提高了护士的工作效率。

4 总结

本系统完成了一个基于ZigBee协议的医院病房呼叫系统，利用ZigBee技术可以很好地实现患者呼叫信息的传送，通过对系统进行扩展，患者的心电监护等信息同样可以通过本系统进行传输。

[1] 凌志浩,周怡颋,郑丽国.ZigBee无线通信技术及其应用研究[J].华东理工大学学报,2006,32(7):801-805.

[2] 朱建新,高蕾娜,张新访.低速无线个人区域网802.15.4的安全研究[J].计算机科学,2009,36(1):71-76.

[3] 吴飞,杨宏桥,张瞩熹.基于Zigbee的医院病区护理智能化无线监护系统[J].中国医疗设备,2008,23(10):13-15.

[4] 汪丰,赵明光,符志鹏.基于Zigbee技术的无线医疗监护网络的研究[J].中国医疗设备,2008,23(12):13-16.

[5] 赵惠军,曹阳,孙艳静.基于ZigBee协议的病房呼叫系统研制[J].医疗卫生装备,2008,29(7):56-59.

[6] 孙弋.短距离无线通信及组网技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2008.

[7] 成小良,邓志东.基于ZigBee 规范构建大规模无线传感器网络[J].通信学报,2008,29(11):158-164.

[8] 夏恒星,马维华.基于CC2430 的无线传感器网络节点设计[J].电子技术应用,2007(5):45-47.

[9] 宁炳武,刘军民.基CC2430的Zigbee 网络节点设计[J].电子技术应用,2008 (3):95-99.

[10] 张玲莉.基于PT2262/2272四路遥控接收发射模块设计[J].电子技术,2010(3):81-83.

[11] 屈剑锋.无线传感器网络数据融合与目标跟踪研究及其应用[D].重庆:重庆大学,2009.

The Ward Calling System Based on ZigBee Protocol

YIN Juan
Medical Engineering Department, Shandong Provincial Qianfoshan Hospital, Jinan Shandong 250014 ,China

TN929.5；TP393

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.11.009

1674-1633(2010)11-0025-02

2010-04-15

2010-08-26

作者邮箱：qsh@sdu.edu.cn

Abstract:The ward calling system based on ZigBee protocol and CC2430 SOC was discussed in this paper. In this system, the calling information of the patient can display on the nurse's handset and control center, it also can be managed in the control center.

Key words:the ward calling system;medical equipment;ZigBee;CC2430