基于ZigBee和LabVIEW的空巢老人看护系统研究

覃传妹 谢聪

摘要： 青壮年人士迫于生计或工作压力整日奔波在外导致老人独守“空巢”，已成为社会常态，所以老人因犯病不被及时发现并救治的事例不计其数。为了攻克这项社会难题，各式各样的老人远程看护系统应运而生。本课题所研究的内容是空巢老人远程看护系统，通过ZigBee无线网络传感技术采集并传輸居家老人的生命体征参数，再用LabVIEW的网络通信技术将以上参数发送到远程客户端，以便随时观察老人身体情况，发现问题及时送医救治。

关键词：ZigBee  LabVIEW  空巢老人  远程看护  生命体征参数

引言

如何养老成为一个全社会面临的大问题。国务院印发的《中国老龄事业发展“十二五”规划》，指出到2030年全国老年人口规模将会翻一番，老龄事业发展任重道远。本项目通过Zigbee无线传感器网络技术、LabVIEW应用技术，搭建一个供亲属和社区医院远程监护空巢老人心电、温度、血氧饱和度（SaO2 ）、血压等生命体征的健康服务系统，当系统监测到以上体征不在正常范围内时，能及时提醒亲属和社区医院注意，采取适当的措施，减少生命危险情况的发生。因此造价低而又能够全方位给老人以呵护的健康管理平台是亟需的，这能使我们社会以及现代外出工作的年轻人能够通过这么一个平台来共同为父母的健康保驾护航。同时作为子女的我们，也少一份愧疚感，多一份对父母的关心，最重要的是让普通家庭的空巢老人也多一份健康保障，因此该项目研究意义重大。

1系统硬件部分

1.1系统整体架构

系统架构如图1所示，ZigBee终端节点有三个，分别是人体温度无线传感器节点、脉搏心率监测节点、血压监测节点、血氧饱和度节点，ZigBee协调器，装有LabVIEW软件的PC机，远程客户端设备。ZigBee协调器是整个网络的主控节点，负责发起网络，设定网络参数，管理网络中的节点以及存储网络中的节点信息等，在网络形成后可充当路由器，实现人体生理信息无线监控终端和监控中心的相互通讯。利用当下流行的低能耗、低成本的Zigbee无线通信技术，构建无线传感器节点，制作成轻巧的佩戴装置让空巢老人携带，可采集老人的心电、温度、血糖、血压等生命体征参数，通过ZigBee收发器传送数据给Zigbee协调器，协调器用串口通信线与PC机连接，用于传输参数到上位机，PC机上的LabVIEW虚拟软件把采集到的参数存入数据库，并描绘出内各项生命体征参数一段时间内的曲线图，远程客户端如社区医院管理系统可以访问LabVIEW的Web服务器，观察老人一段时间内生命体征参数的变化情况，及时发现问题，联系老人亲属提早干预，当出现体征参数偏离正常值时，社区医院管理系统发出紧急警报，亲属手机也会有手段短信提醒。亲属和社区医院双方监测，达到双重保障。

1.2系统硬件设计

本课题直接选用家用的PC机作为处理器，运用PC机上LabVIEW虚拟软件的强大功能，对数据进行采集和处理、保存并显示，还可以充当服务器用。LabVIEW是一种G语言，开发难度低、速度快、成本低。其可调用微软数据库，保存庞大的数据。通过其自带的Web服务器，可以远程访问现场数据库的数据，这有利于远程社区医院及时掌握老人的生命特征参数。

ZigBee网络选用TI的CC2530芯片组网，在系统中起到射频收发的作用，其内部自带8051微处理器进行数据采集和处理，终端节点还包括传感器。体温传感器选用M601芯片， 精度±0.1°C ，利于多点组网寻址，功耗低，用于人体表皮测温较灵敏、精确度高，适合用于可穿戴体温测量装置。本芯片在疫情防控期间的测温系统中使用率高，给疫情防控工作起到很大的推动作用。脉搏跳动次数可以反映心率快慢，人的生命体征不稳定心率变化最迅速，所以对脉搏的监测很重要，本课题选用悬臂梁结构的全桥应变片式传感器测量脉搏，脉搏跳动会使传感器弹性元件发生微小形变，使贴在弹性元件上的应变片发生细微变形从而其电阻发生变化，引起转换电路输出的电压发生变化，电压经过放大滤波供节点处理器采集，应变片反应灵敏适合用来测量跳动快的脉搏。血氧饱和度的测量可以判断人体呼吸系统是否存在障碍，本课题选用反射式光电传感器，依据朗伯比尔定律，从光源发射出的光，一部分被皮肤组织吸收，另一部分由血液漫反射回来，另外还有一部分透射出去，而发射回来的光能精确反应出血管内容积变化，根据变化多少计算出血氧饱和度。

1.3系统软件设计流程

ZigBee是基于IEEE802.15.4的局域网协议，其组网步骤一般如下：初始化ZigBee协调器节点及其协议层，启动ZigBee协调器节点，写入启动模式、设备类型、信标事件和超帧长度等参数，根据以上参数与服务器建立ZigBee网络，网络建成后，协调器负责与终端各节点通信，终端节点收到协调器协调器发来的命令时，终端节点做出相应的操作后将结果发回给协调器，使终端节点加入网络。程序流程图如图2所示。

2总结

本项目有诸多亮点，如应用 Zigbee 无线通信技术，它组成的终端节点体积小，节点携带的微处理器信息存储容量大， 2节5号电池能够满足其待机模式下工作半年以上所以功耗低，加网速度在30ms左右，射频段是免费的2.4GHz。在物联网无线传输系统中处于优势。

参考文献：

[1] 潘永友.基于物联网技术的养老院管理系统设计与实现[D].杭州：杭州电子科技大学，2013.

[2] 苗素贞，彭平.基于物联网技术的社区养老管理系统的研究[J].广东技术师范学院学报，2014（3）：16.

基金项目：2017年度广西壮族自治区中青年教师基础能力提升项目《基于ZigBee的空巢老人看护系统设计》（编号：2017KY1305）阶段性研究成果。

作者简介：覃传妹（1987.10～），女，广西大学行健文理学院实验师，研究方向：控制工程。谢聪，广西大学行健文理学院讲师。