路由节点设计 - 基于ZigBee和红外技术的病房监护系统设计

　　4.2 路由节点设计

　　路由节点结构如图3 所示，其功能是发送参考位置识别码，转发终端和其他路由节点的数据。路由节点采用市电经电源降压转换成直流后供电，其红外发射模块受处理器控制，不停向外发射一个位置识别码信息（预先设定好），由于红外线信号不会穿透房间里墙壁、天花板等障碍物，但在发射过程中，信号会在任何物品上发射，因此，只要终端节点位于发射范围内，且没有被不透明物体完全遮盖，那么终端节点就能接收病房内路由节点发出的红外线，而不会接收隔壁病房内路由节点发射的红外信号，这样就能准确确定患者的位置信息。在病房外的走廊等其他位置装上这种路由节点后，即使患者在病房外也能准确确定患者所在位置。传感模块用来监测环境温湿度和烟雾信息，在患者所在环境不适合患者时能及时采取措施，同时还兼具火灾报警的功能。

图3 路由节点结构

　　4.3 网关控制器节点设计

　　网关由控制模块、ZigBee 模块、TCP/IP 模块、触摸屏模块、存储模块、电源管理模块、自定义键盘和蜂鸣器模块，硬件架构如图4 所示。

　　控制模块由ST 公司的ARM9 处理器STR912 和外围电路构成。STR912 可达到96 MIPS 的峰值性能。在ARM966E-S 内核里能够执行单周期的DSP 指令，同时配备了以太网、USB和CAN 总线接口，内置高达544 KB 的Flash、96 KB 的SRAM。

　　这些外设使STR912 成为一个将嵌入式应用连接到本地局域网或者因特网的理想单芯片解决方案。网关上的ZigBee 模块（ZigBee Coordinator）起ZigBee 网络的协调器作用，在控制器的控制下，负责组建、管理整个ZigBee 网络，接收ZigBee 网络数据，通过串口传给主控制器，主控制器将数据转换成TCP/IP 协议格式的数据，通过路由器，接入到Intranet网络，向Intranet 网络内的数据库服务器实时传送数据，控制器内嵌入WEB 服务器，监控端用户可以直接登录到嵌入式WEB 服务器查询实时数据，发送控制命令，也可通过Intranet网络登录到主机服务器查询历史数据。查询工具可用有WEB浏览器的PC 机或是PDA 等设备。存储器模块是用来作为数据缓存，以防Intranet 网络不稳定时，能将ZigBee 网络转发来的数据及时存储，以防数据丢失，Intranet 网络稳定后再将数据传送感到数据库服务器。网关控制器布置在护士监护中心，当有患者呼叫时，蜂鸣器发出呼叫信号，同时显示发出呼叫信息的患者位置等信息，值班护士确认后蜂鸣器关闭，同时向发出呼叫的患者节点发送确认信息。护士赶到患者病房后关闭患者节点的呼叫等待状态。

图4 网关节点结构

　　4 系统软件平台架构

　　系统使用IAR Embedded Workbench 平台，在TI 公司开发的Z-Stack 协议栈基础上，根据本系统需要裁剪修改协议栈，定制应用程序下载到节点模块。网关模块通过裁剪移植μC/OS-II 操作系统，通过在μC/OS-II 上移植TCP/IP 协议栈LwIP，利用μC/GUI 作为图形界面设计工具，使用EasyWEB-API 实现一个动态的HTTP-Server 页面，实现嵌入式web服务器定制和动态交互网页设计。通过TCP/IP 模块，将网关节点数据传送到基于网络管理平台中的数据库中。

　　基于网络的管理平台采用B/S（Browser/ Server）结构，客户端只需装有Web 浏览器即可，服务器端连接客户端和数据服务器，负责处理来自浏览器用户的请求。数据库服务器保存系统数据，实现数据的定义、维护、访问、更新及管理，并响应服务器的请求[5]。采用SQL SERVER 2005，利用ADO.NET技术将数据存储到数据库中。远程WEB 服务器使用微软的ASP.NET 技术开发了基于B/S 架构的数据管理服务软件。整个管理软件分为前台页面和后台管理两大模块，前台页面主要实现了用户可视化管理，方便用户随时查看、统计数据。

　　后台管理主要有3 大模块：①终端节点信息与患者信息的绑定与删除；②路由节点信息与病房号绑定与删除；③管理系统的维护。Intranet 用户通过授权可以查看访问WEB 服务器查看病人信息。Intranet 网络通过防火墙和外部Internet网络相连，这样外网用户只要可以接入Internet 网络，通过授权就可以访问医院内部的网络数据。

　　5 结语

　　针对目前医院监护系统的局限，提出了一种基于ZigBee 和红外技术的监护系统设计，包括系统架构、节点硬件及软件设计。方案基于无线网络方式，实现了内部网络与Intranet 网络的互联，同时具备远程监控功能。在后续的工作中将进一步扩展终端节点的功能，如能够同时测量除体温以外的其他体征参数，进一步提高系统的性能与稳定性。