基于ZigBee无线传感网络的医疗监测系统硬件平台的构建薛俭雷，田春华

(齐齐哈尔医学院 医学技术学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006)

医疗监测系统是通过传感器采集患者的生理参数并将各项参数送达监护中心，对患者的身体状况进行实时监测的系统。传统的监测系统采用有线网络进行数据的传输，即将线连到患者身体进行监测。病房内，复杂的连线限制了患者的行动自由，长时间数据的采集还会增加患者的心理压力，影响数据的准确性。各项数据需要医护人员逐个病房记录，给医护人员的工作带来很大的压力。随着信息化技术的迅速发展，无线通信技术被广泛地应用到监测系统中。与有线通信相比，无线通信具有无需布线、组网灵活、参数测量及时、可移动性强等优点。[1]本文提出一种基于ZigBee无线传感器网络技术的医疗监测系统节点硬件的设计方案。

一 系统总体设计

ZigBee无线传感器网络技术的医疗监测系统中,无线传感器节点采集患者的温度、脉搏、血压等生理参数并转换为电信号，以自组织形式构成网络,通过多跳中继方式将患者的生理参数送达监护基站。数据的采集和输送过程中会有大量噪音干扰，经滤波、去噪后暂存于基站的存储器中，再通过网络传送给监护中心，也可将相应的参数以波形的方式显示在监护基站的液晶显示屏上。此外，基站接收到的生理参数出现异常时，自动向监护中心发出警报，医护人员可及时地对患者进行急救等措施，以保证患者的生命安全。[2]

无线传感器节点可以根据患者的实际情况进行增减传感器，将该系统接入Internet网络,可以形成更大的医疗监护网络，因此基于ZigBee技术的医疗监测系统具有很大的灵活性与扩展性。系统总体结构框图如图 1 所示。

二 系统节点硬件平台的构建

系统的设计要满足低能耗、高的灵活性和安全性，较强的通信能力，较小的物理体积等要求，因此，本设计选择Chipcon公司提供的CC2430芯片作为ZigBee的解决方案，系统的硬件平台主要包括监护基站、路由节点和无线传感器模块。[3]

1.监护基站的硬件设计。

监护基站主要负责建立网络、发送网络信标、控制传感器节点工作等功能。监护基站在工作过程中通过无线信道向传感器节点发送启动指令，传感器节点开始监测患者的身体参数或者病房的温湿度等数据，再将采集到的各项数据通过无线通信的方式返回监护基站，由监护基站进行进一步的显示、存储等操作。监护基站主要包括处理器、收发器模块、电源模块人机交互接口等几个部分。[4]处理器采用Chipcon公司的CC2430芯片，该芯片将微处理器和收发模块集成为一体，由直流电源和DC-DC变换器构成的电源模块供电。芯片通过接口电路与计算机连接，实现数据的传输与转换。输入指令的键盘和显示数据及操作过程的显示屏构成了人机交互接口。监护基站的结构如图2所示。

2．路由节点硬件设计。

当数据传输的距离较远时，系统需要设置无线路由节点，它是由供电单元、微处理器、收发模块组成的全功能器件(FFD)。路由节点的微处理器和收发模块仍采用将二者集成为一体的CC2430芯片，路由节点由直流电源和DC-DC传感器组成供电单元提供能量。硬件结构如图3所示。[5]

3.无线传感器节点硬件设计。

传感器节点的体系结构由传感器模块、处理器模块、无线收发模块、能量供应模块四部分组成，无线传感器节点结构图如图4所示。传感器模块负责采集患者的体温、血氧、心电等生理信息，通过模-数转换后将数据发送至处理器模块。处理器模块负责控制整个节点的数据运算、存储、功耗及任务管理等，处理器芯片选用CC2430，该芯片具有领先的射频收发器的性能，并且在不同的运行模式之间可实现短时间转换，适应低能耗的要求，处理器模块可预留多个接口,如需其他类型的生理参数，只需将相应的传感器与之连接，开发软件，即可将节点加入该监护系统。[6]无线收发模块负责与其他节点进行通信、交换控制信息和收发患者生理信息等，芯片CC2430、射频部分及天线等构成无线传输模块，该模块把采集到的患者信息发送至PC机进一步处理和操作。[7]CC2430只需很少的外部电路就能完成信息的传送。无线传输模块的射频部分由功率放大器和低噪声放大器构成。该节点使用一个非平衡天线，将非平衡天线与非平衡变压器配合使用可提高天线的性能，非平衡变压器电容、电感及一个PCB微波传输线组成构成。两节干电池和DC-DC升压变换器构成了传感器节点的供电单元，稳定输出3.3V，满足系统的供电要求。

三 结语

ZigBee是一种基于IEEE802.15.4标准的无线网络通信技术，具有高可靠性、低功耗、低成本等优点,应用前景会更加广泛, 本文将无线传感网络与ZigBee技术相融合，提出了基于ZigBee技术的无线传感网络的医疗监测系统节点硬件设计的具体方案，该系统具有较高的灵活性和扩展性,可以广泛应用于医疗监护。

[1]刘宝.ZigBee网络及其在医疗监护系统中的应用研究[D].兰州：兰州理工大学，2009:36-42.

[2]张菊梅，吴效明.基于ZigBee的ICU病房实时监护系统设计[J].医疗卫生装备，2009，30(7):28-30.

[3]孙凯明,石磊,邓广龙，等.基于msstatePAN协议栈的无线传感器网络设计[J].自动化技术与应用,2010,29(11):58-60.

[4]孟欠欠.基于ZigBee技术的医疗监护网络的设计与研究[D].江苏:江苏大学,2010:20-27.

[5]曹靖华.基于无线传感器网络的远程医疗监护系统研究[D].上海：上海交通大学，2008:22-41.

[6]戚晴晴.社区医疗系统中ZigBee通信网传输设计和可靠性研究[D].北京:北京邮电大学，2009:13-21.

[7]刘建.基于ZigBee技术的远程医疗监护节点的设计与研究[D].西安:西安科技大学, 2011:17-31.