CN108600366A - 基于ZigBee多跳网络的点滴信息监测方法及系统 - Google Patents

基于ZigBee多跳网络的点滴信息监测方法及系统 Download PDF

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CN108600366A CN201810374105.1A CN201810374105A CN108600366A CN 108600366 A CN108600366 A CN 108600366A CN 201810374105 A CN201810374105 A CN 201810374105A CN 108600366 A CN108600366 A CN 108600366A
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Abstract

本发明公开了基于ZigBee多跳网络的点滴信息监测方法及系统，监测方法包括：步骤一、ZigBee终端节点打开串口时钟接收来自控制器收集到的点滴信息；设置帧头和帧尾封装数据包，保证数据的及时传输；启动发送功能转发数据包至ZigBee路由节点；步骤二、ZigBee路由节点启动任务处理函数，接收无线数据包并封装；启动无线发送功能将数据包发送至ZigBee协调器；步骤三、ZigBee协调器启动任务处理函数，接收无线数据包并封装；启动串口时钟利用串口将数据包发送至网关。本系统一次采集多路点滴瓶信号，通过ZigBee协议实现多跳传输，能更加全面方便的监测点滴滴速和点滴液位变化，并能实现点滴监测数据的实时传输。

Description

基于ZigBee多跳网络的点滴信息监测方法及系统
技术领域
本发明涉及智能医疗设备技术领域，尤其涉及基于ZigBee多跳网络的点滴信息监测方法及系统。
背景技术
近年来，智能医疗在国内外的发展热度不断提升，利用先进的无线传感技术，能够实现患者与医务人员、医疗机构和医疗设备之间的互动，逐步达到信息化。尽管医疗科技不断发展、医疗环境不断改善，但仍存在许多问题，例如，输液过程中对不同种类的药液滴速进行监控时，传统方法是“边查手表，边去计算点滴数”，这不仅消耗医护资源，而且准确度低，甚至出现医护人员换药或者换针不及时或者遗忘的情况；同时，患者在输液时手部位置温度过低使病人感觉到不适甚至疼痛。因此，非常必要设计一种解决上述问题的方法和系统。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种实时点滴信息监测方法及系统。通过ZigBee多跳无线网络技术和红外监测技术相结合，对人体点滴速率和点滴液位进行监控，并采用加热膜隔瓶的方法为病人提供安全舒适的用户体验。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于ZigBee多跳网络的点滴信息监测方法，包括如下步骤：
步骤一、ZigBee终端节点打开串口时钟接收来自控制器收集到的点滴信息；设置帧头和帧尾以封装数据包，保证数据的及时传输；启动发送功能转发数据包至ZigBee路由节点；
步骤二、ZigBee路由节点启动任务处理功能，接收无线数据包并封装；启动无线发送功能将数据包发送至ZigBee协调器；
步骤三、ZigBee协调器启动任务处理函数，接收无线数据包并封装；启动串口时钟利用串口将数据包发送至网关。
数据信息传输的具体方法包括：
步骤(1)：由ZigBee协调器节点组建ZigBee通信网络；
步骤(2)：ZigBee终端节点控制传感器通过模拟I/O口的方式对点滴信息进行采集；
步骤(3)：ZigBee终端节点判断所采集的信息是否接收成功，若接收成功，则ZigBee终端节点启动ZigBee发送任务，将封装数据转发至ZigBee路由节点，进入步骤(4)；若接收失败，则返回步骤(3)；
步骤(4)：ZigBee路由节点接收ZigBee终端节点转发过来的点滴信息；ZigBee路由节点通过帧校验判断接收到的点滴信息是否完整，若完整则解析封装，将数据通过ZigBee发送任务转发至下一个ZigBee路由节点，以此类推，直至转发到最终的ZigBee路由节点，进入步骤(5)；若数据帧不完整，则丢弃当前数据帧；
步骤(5)：最终的ZigBee路由节点将数据通过ZigBee发送任务转发至ZigBee协调器，ZigBee协调器将封装好的数据转发至本地监测中心；
步骤(6)：本地监测中心通过数据包帧头的校验判断接收到的点滴信息是否完整，若完整则将数据保存至本地数据库以便用户对历史数据查询和分析；若数据帧不完整，则丢弃本次接收的数据，等待接收新的数据。
所述步骤(1)的步骤为：ZigBee无线传感器网络组建，包括ZigBee终端节点、ZigBee协调器节点与ZigBee路由节点连接，ZigBee路由节点与若干个ZigBee终端节点连接，ZigBee终端节点与液位监测传感器和点滴滴速传感器连接；具体为：
步骤(101)：ZigBee协调器节点开始组建ZigBee无线传感器网络；ZigBee协调器节点判断ZigBee路由节点是否存在，若存在，则将ZigBee路由节点加入ZigBee无线传感器网络，进入步骤(102)，否则将继续搜索是否存在ZigBee终端节点，若存在则将ZigBee终端节点加入网络，如若不存在ZigBee终端节点则结束本次搜索；
步骤(102)：ZigBee路由节点判断ZigBee终端节点是否存在，若存在，则将ZigBee终端节点加入ZigBee无线传感器网络；若不存在，则继续扫描整个ZigBee网络直至扫描到可加入网络的ZigBee终端节点；
步骤(103)：判断ZigBee路由节点是否关闭，若是，则通信中断，若不是，则ZigBee无线传感器网络搭建完成。
所述步骤(101)的具体方法包括：
步骤(1011)：确定ZigBee协调器节点；
步骤(1012)：ZigBee协调器节点确定后，待加入网络的当前节点主动扫描周围网络的ZigBee协调器节点，若在扫描期限内检测到信标，则从检测的信标中选择一个能够使用的网络ID；
步骤(1013)：当前节点向ZigBee协调器节点发送连接请求指令；
步骤(1014)：判断CSMA/CA信道访问是否成功，若是，则等待ZigBee协调器节点向当前节点发送ACK确认帧；进入步骤(1015)；若否，则当前节点的MAC层通知上层节点；
步骤(1015)：ZigBee协调器节点向网络层发送连接指示命令，表示已经收到节点的连接请求，并且判断网络地址资源是否足够。若足够，则ZigBee协调器节点向当前节点发送连接请求响应，当前节点向ZigBee协调器节点发送ACK确认帧；若不足够，则当前节点的MAC层通知上层节点。
所述步骤(102)具体包括：
步骤(1021)：判断目的地址Dstaddr是否为本身，若是，则置下一跳地址为无效地址，结束；若否，则进入步骤(1022)；
步骤(1022)：判断目的地址Dstaddr是否为0x0000，若是，则置下一跳地址为当前ZigBee路由节点的父地址，结束；若否，则进入步骤(1023)
步骤(1023)：判断目的地址Dstaddr是否在ZigBee协调器节点分配的地址范围内，若否，则置下一条地址为当前节点的父节点，结束；若是，则探索邻居节点表，进入步骤(1024)；
步骤(1024)：判断当前节点的邻居节点表是否为空表项，若是，则进入步骤(1025)；若否，则进入步骤(1026)；
步骤(1025)：判断当前表项对应的节点是否为路由节点，若是，则进入步骤(1026)；若否，则传感网络设计完成；
步骤(1026)：判断目的地址Dstaddr是否处于ZigBee协调器节点分配的地址范围内，若是，就置下一跳为路由节点，结束；若否，则置下一跳为ZigBee终端节点。
采用所述基于ZigBee多跳网络的点滴信息监测方法的监测系统，包括：
滴速监测模块，与无线传输模块通信，用于监测滴液的滴速；
液位监测及液位报警模块，用于监测液位的高度，当液位低于报警高度时产生报警信号；
加热模块，采用加热膜对吊瓶点滴液加热；
无线传输模块，将点滴信号和液位信号传输至智能网关；
网关模块，用于汇总监测信息并将数据通过以太网转发至上位机；
上位机，用于实时显示滴速和液位状况并将用户信息保存至数据库中。
所述的滴速监测模块包括用于检测液滴滴落动作的红外对射传感器。
所述液位监测及液位报警模块包括非接触性的红外传感器。
所述的加热模块包括加热贴，所述加热贴与USB供电装置连接。
所述的网关模块采用STM32系列处理器，利用Lwip轻量级协议通过以太网将点滴信号传输至上位机；
所述数据库采用MYSQL数据库存储数据。
本发明的有益效果：
(1)与现有的点滴监测系统相比，本系统一次采集多路点滴瓶信号，通过ZigBee协议实现多跳传输，能更加全面方便的监测点滴滴速和点滴液位变化，并能实现点滴信号的实时通信。因此，可以实时地对数据进行分析与预判，防止意外的发生，节省人力成本，同时本系统采用“即用即加温”的方式有利减轻患者输液过程中因药液低温产生的刺痛。
(2)与传统的关系型数据库相比，本系统采用开源MySQL数据库，它具有易扩展性、大数据量、高性能、灵活的数据模型、高可用性等特点。
(3)本系统成本低，易实现，具有实时性。
(4)本系统较为节能，单个路由节点损坏不影响整个系统的功能。
附图说明
图1是系统结构图；
图2是滴速监测模块电路图；
图3是液位监测示意图；
图4是无线传输流程图；
图5是网关采集传输任务流程图；
图6是上位机界面图；
图7是数据库数据表图。
其中，1.加热模块，2.液位监测及液位报警模块，3.路由节点，4.智能网关，5.上位机，6.输液管，7.非接触性红外监测液位传感器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
图1是系统结构图，每个液体点滴监测加温装置负责监控一个人的点滴速度，滴液结束报警以及滴管液加温。终端节点收集点滴信号之后发送给路由节点，路由节点3将数据发送至协调器，协调器通过串口将数据发送至智能网关4；智能网关4汇总信息后发送至上位机5端。
图2是滴速监测模块电路图，包括电源VCC，电源VCC同时连接电容C1的一端、电源指示灯L1的正极、电阻R2的一端、电阻R3的一端、电阻R4的一端、电阻R5的一端、开关指示灯L2的正极及比较器U1的电源端；
电容C1的另一端接地；
电源指示灯L1的负极接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接地；
电阻R2的另一端接电阻R7的一端和比较器U1的负输入端，电阻R7的另一端、槽型光耦的阴极、槽型光耦的发射极、电容C2的一端及比较器U1的接地端都接地；电容C2的另一端同时连接电阻R4的另一端、槽型光耦的集电极和比较器U1的正输入端；
电阻R3的另一端连接槽型光耦的阳极；
电阻R5的另一端连接比较器U1的输出端；
开关指示灯L2的负极连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接比较器U1的输出端；
比较器U1的输出端连接无线传输模块。
滴速监测模块使用进口槽型光耦传感器，槽宽度10mm；有输出状态指示灯，输出高电平灯灭，输出低电平灯亮；当有水滴遮挡，输出高电平；无遮挡，输出低电平；比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA能够保证点滴信息准确灵敏的采集到；输出形式：数字开关量输出(0和1)设有固定螺栓孔，方便安装；小板PCB尺寸：2.3cm x 2cm。使用宽电压LM393比较器。
图3是液位监测示意图。使用非接触性红外监测液位传感器7对输液管6内的液位进行监测，本系统我们采用胶带捆绑非接触性红外监测液位传感器7固定在点滴瓶最下方，当水位下降到液位传感器之下时产生低电平信号传输至无线发送模块中。
图4是无线传输流程图。三个传输模块都采用TI公司的CC2530芯片，传输模块和接收模块采用ZigBee多跳的传输模式，保证节点直接的快速组网。具体流程如下：
(1)终端节点打开串口时钟接收来自单片机收集到的串口数据；封装数据包设置帧头和帧尾，保证数据的可靠传输；启动发送任务转发数据包。
(2)路由节点启动任务处理函数，接收无线数据包并封装；启动无线发送任务将数据包发送至协调器。
(3)协调器启动任务处理函数，接收无线数据包并封装；启动串口时钟利用串口将数据包发送至网关。
图5是网关采集传输任务流程图。网关程序采用UCOSII嵌入式操作系统来控制任务执行优先级以及消息邮箱消息队列的传递。网关采集任务分为两个部分第一部分负责接收串口数据，利用串口中断的方式将数据封装至消息邮箱中。第二部分为以太网消息发送任务，将消息邮箱的信息取出来利用Lwip协议中的socket编程发送至上位机服务器端。
图6是上位机界面图。上位机界面采用C#语言设计开发，利用Devexpress开源界面设计框架完善界面开发。后台程序采用多线程程序设计，保证程序数据的可靠稳定的显示和存储。数据库采用MySQL数据库，实现点滴信号以及其他生理数据海量存储。
图7是数据库数据表图。数据库采用MySQL数据库，建立表字段为id、滴速、报警信号和时间。本系统通过两滴滴液之间的时间差来计算每分钟的滴液速度，实现数据的实时可靠显示，方便医护人员对病人点滴信号的监测，大大节省了医院的医疗成本和医护人员资源的浪费。
本发明的监测系统能够实现输液过程中自动检测报警和点滴瓶加温功能，
滴速监测模块可监测点滴是否落下，并根据连续点滴落下的时间间隔计算出每分钟的点滴速度并将信息发送至单片机，单片机采集到点滴信号通过串口发送至无线传输模块；
液位监测及液位报警模块2当滴瓶液位低于设定值时传感器自动产生低电平信号，通过单片机管脚传至无线传输模块；
在吊瓶粘贴加热模块1，加热膜通过USB口供电使滴瓶内液体温度保持在10～20摄氏度；
无线模块汇总点滴信息通过ZigBee多跳无线传输网络发送至智能网关；
智能网关通过UCOSII操作系统+Lwip协议栈架构汇总转发点滴信号，通过以太网将数据发送至上位机软件；
上位机软件采用C#语言开发，通过多线程技术和数据库技术实现信息可视化并存储在MySQL数据库中。
所述的滴速监测模块包含用于液滴滴落动作监测的对射红外传感器，红外对管灵敏度高，无液滴落下时，红外对管的接收管与发射管正对，接收管接收到的光较强；有液滴落下时，下落中的水滴对红外光有较强的漫反射，吸收及一定的散射作用，导致接受光强的较大改变，接收管接收到的信号经一级施密特触发器，送入主控模块的中断口，据此就可以正确地探测出液滴是否滴落。
所述的液位监测模块包含用于监测液位高度的非接触性红外对管传感器，当液位没有低于传感器设置的警戒线时，传感器一直产生高电平。当液位低于警戒线时传感器产生低电平，并将信号发送至无线模块。
所述的加温模块，采用加热膜贴附在吊瓶上，加热膜通过USB口供电持续产生40℃左右的加温，保证点滴温度在10℃左右。
所述的无线传输模块，采用TI公司的CC2530芯片通过烧写设置采样和发送任务Z-Stack协议栈完成数据的收集和传输，采用多跳的网状组网方式保证数据实时的传至接收模块。
所述的智能网关模块，采用UCOSII嵌入式操作系统分配好串口采集和以太网发送任务的资源分配，以太网发送任务采用Lwip协议实现数据的可靠实时传输。
上位机软件，采用C#语言设计开发。界面利用半开源的Devexpress界面框架搭建，实现类似微软Office2013的界面风格。后台采用多线程编程和DAO数据库操作，确保数据实时可靠的显示和存储。
点滴监测与点滴预警信号多跳传输方法，包括如下步骤：
步骤(1)：由ZigBee协调器节点组建ZigBee通信网络；
步骤(2)：ZigBee终端节点控制传感器通过模拟I/O口的方式对点滴信息进行采集；
步骤(3)：ZigBee终端节点接收红外传感器所采集的数据，判断所采集的信号是否接收成功，若接收成功，则ZigBee终端节点启动ZigBee发送任务，将封装数据转发至ZigBee路由节点，进入步骤(4)；若接收失败，则返回步骤(3)；
步骤(4)：ZigBee路由节点接收ZigBee终端节点转发过来的点滴信息；ZigBee路由节点通过帧校验判断接收到的点滴信息是否完整，若完整则解析封装，将数据通过ZigBee发送任务转发至下一个ZigBee路由节点，以此类推，直至转发到最终的ZigBee路由节点，进入步骤(5)；若数据帧不完整，则丢弃当前数据帧；
步骤(5)：最终的ZigBee路由节点将数据通过ZigBee发送任务转发至ZigBee协调器，ZigBee协调器将封装好的数据转发至本地监测中心；
步骤(6)：本地监测中心通过数据包帧头的校验判断接收到的点滴信息是否完整，若完整则将数据保存至本地数据库以便用户对历史数据查询和分析，若数据帧不完整，则丢弃本次接收的数据，等待接收新的数据；
所述步骤(1)的步骤为：ZigBee无线传感器网络组建，包括ZigBee终端节点、ZigBee协调器节点与ZigBee路由节点连接，ZigBee路由节点与若干个ZigBee终端节点连接，ZigBee终端节点与液位监测传感器和点滴滴速传感器连接。具体为：
步骤(101)：ZigBee协调器节点开始组建ZigBee无线传感器网络；ZigBee协调器节点判断ZigBee路由节点是否存在。若存在，则将ZigBee路由节点加入ZigBee无线传感器网络，进入步骤(102)，否则，将继续搜索是否存在ZigBee终端节点；若存在，则将ZigBee终端节点加入网络，如若不存在ZigBee终端节点，则结束本次搜索；
步骤(102)：ZigBee路由节点判断ZigBee终端节点是否存在，若存在，则将ZigBee终端节点加入ZigBee无线传感器网络；若不存在，则继续扫描整个ZigBee网络直至扫描到可加入网络的ZigBee终端节点；
步骤(103)：判断ZigBee路由节点是否关闭，若是，则通信中断，若不是，则ZigBee无线传感器网络搭建完成。
所述步骤(101)为ZigBee协调器节点开始组建ZigBee无线传感器网络，具体为：
步骤(1011)：确定ZigBee协调器节点；
步骤(1012)：ZigBee协调器节点确定后，待加入网络的当前节点主动扫描周围网络的ZigBee协调器节点，若在扫描期限内检测到信标，则从检测的信标中选择一个能够使用的网络ID；
步骤(1013)：当前节点向ZigBee协调器节点发送连接请求指令；
步骤(1014)：判断CSMA/CA信道访问是否成功，若是，则等待ZigBee协调器节点向当前节点发送ACK确认帧；进入步骤(1015)；若否，则当前节点的MAC通知上层节点；
步骤(1015)：ZigBee协调器节点向网络层发送连接指示命令，表示已经收到节点的连接请求，并且判断网络地址资源是否足够，若足够则ZigBee协调器节点向当前节点发送连接请求响应，当前节点向ZigBee协调器节点发送ACK确认帧；若不足够，则当前节点的MAC通知上层节点。
所述步骤(102)为ZigBee终端节点加入ZigBee无线传感器网络，具体为：
步骤(1021)：判断目的地址Dstaddr是否为本身，若是，则置下一跳地址为无效地址，结束；若否，则进入步骤(1022)；
步骤(1022)：判断目的地址Dstaddr是否为0，若是，则置下一跳地址为当前ZigBee路由节点的父地址，结束；若否，则进入步骤(1023)
步骤(1023)：判断目的地址Dstaddr是否在ZigBee协调器节点采用树形网络分配的地址范围内，若否，则置下一条地址为当前节点的父节点，结束；若是，则探索邻居节点表，进入步骤(1024)；
步骤(1024)：判断当前节点的邻居节点表是否为空表项，若是，则进入步骤(1025)；若否，则进入步骤(1026)；
步骤(1025)：判断当前表项对应的节点是否为路由节点，若是，则进入步骤(1026)；若否，则传感网络设计完成；
步骤(1026)：判断目的地址Dstaddr是否处于ZigBee协调器节点分配的地址范围内，若是就置下一跳为路由节点，结束，若否，则置下一跳为ZigBee终端节点。
所述步骤(1011)确定ZigBee协调器节点的步骤为：
步骤(1)：判断节点是否是全功能设备FFD节点，若是，则进入步骤(2)；若不是，则结束；
步骤(2)：判断FFD节点是否归属其他网络以及当前网络里是否已经存在协调器；若FFD节点既不归属其他网络，且当前网络也不存在协调器，则进入步骤(3)；
步骤(3)：包括能量扫描和主动扫描两个过程：首先对指定的信道或者默认的信道进行能量检测，以避免可能的干扰。以递增的方式对所测量的能量值进行信道排序，抛弃那么些能量值超出了可允许能量水平的信道，选择可允许能量水平的信道并标注这些信道是可用信道。接着进行主动扫描，搜索节点通信半径内的网络信息。这些信息以信标帧的形式在网络中广播，节点通过主动信道扫描方式获得这些信标帧，然后根据这些信息，找到一个最好的、相对安静的信道，通过记录的结果选择一个信道，该信道应存在最少的ZigBee网络，最好是没有ZigBee设备。在主动扫描期间，MAC层将丢弃PHY层数据服务接收到的除信标以外的所有帧。
步骤(4)：设置网络ID。找到合适的信道后，协调器将为网络选定一个网络标识符(PAN ID，取值0x3FFF)，这个ID在所使用的信道中必须是唯一的，也不能和其他ZigBee网络冲突，而且不能为广播地址0xFFFF(此地址为保留地址，不能使用)。PAN ID可以通过侦听其他网络的ID然后选择一个不会冲突的ID的方式来获取，也可以人为的指定扫描的信道后，来确定不和其他网络冲突的PAN ID。在ZigBee网络中有两种地址模式：扩展地址(64位)和短地址(16位)，其中扩展地址由IEEE组织分配，用于唯一的设备标识；短地址用于本地网络中设备标识，在一个网络中，每个设备的短地址必须唯一，当节点加入网络时由其父节点分配并通过使用短地址来通信。对于协调器来说，短地址通常设定为0x0000。
上面步骤完成后，就成功初始化了ZigBee网状网络。
步骤(5)：等待其他节点的加入。节点入网时将选择范围内信号最强的父节点(包括协调器)加入网络，成功后将得到一个网络短地址并通过这个地址进行数据的发送和接收，网络拓扑关系和地址就会保存在各自的flash中。当节点协调器确定之后，节点首先需要和协调器建立连接加入网络。为了建立连接，FFD节点需要向协调器提出请求，协调器接收到节点的连接请求后根据情况决定是否允许其连接，然后对请求连接的节点做出响应，节点与协调器建立连接后，才能实现数据的收发。
步骤(101)节点加入网络的具体流程可以分为下面的步骤：
步骤(1)：查找网络协调器
首先会主动扫描查找周围网络的协调器，如果在扫描期限内检测到信标，那么将获得了协调器的有关信息，这时就向协调器发出连接请求。在选择合适的网络之后，上层将请求MAC层对物理层PHY和MAC层的phyCurrentChannel、macPANID等PIB属性进行相应的设置。如果没有检测到，间隔一段时间后，节点重新发起扫描。
步骤(2)：发送关联请求命令(Associaterequest command)
节点将关联请求命令发送给协调器，协调器收到后立即回复一个确认帧(ACK)，同时向它的上层发送连接指示原语，表示已经收到节点的连接请求。但是这并不意味着已经建立连接，只表示协调器已经收到节点的连接请求。当协调器的MAC层的上层接收到连接指示原语后，将根据自己的资源情况(存储空间和能量)决定是否同意此节点的加入请求，然后给节点的MAC层发送响应。
步骤(3)：等待协调器处理
当节点收到协调器加入关联请求命令的ACK后，节点MAC将等待一段时间，接受协调器的连接响应。在预定的时间内，如果接收到连接响应，它将这个响应向它的上层通告。而协调器给节点的MAC层发送响应时会设置一个等待响应时间(T_ResponseWaitTime)来等待协调器对其加入请求命令的处理，若协调器的资源足够，协调器会给节点分配一个16位的短地址，并产生包含新地址和连接成功状态的连接响应命令，则此节点将成功的和协调器建立连接并可以开始通信。若协调器资源不够，待加入的节点将重新发送请求信息，直接入网成功。
步骤(4)：发送数据请求命令
如果协调器在响应时间内同意节点加入，那么将产生关联响应命令(Associateresponsecommand)并存储这个命令。当响应时间过后，节点发送数据请求命令(Datarequest command)给协调器，协调器收到后立即回复ACK，然后将存储的关联响应命令发给节点。如果在响应时间到后，协调器还没有决定是否同意节点加入，那么节点将试图从协调器的信标帧中提取关联响应命令，成功的话就可以入网成功，否则重新发送请求信息直到入网成功。
步骤(5)：回复
节点收到关联响应命令后，立即向协调器回复一个确认帧(ACK)，以确认接收到连接响应命令，此时节点将保存协调器的短地址和扩展地址，并且节点的MLME向上层发送连接确认原语，通告关联加入成功的信息。节点收到关联响应命令后，立即向协调器回复一个确认帧(ACK)，以确认接收到连接响应命令，此时节点将保存协调器的短地址和扩展地址，并且节点的MLME向上层发送连接确认原语，通告关联加入成功的信息。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.基于ZigBee多跳网络的点滴信息监测方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一、ZigBee终端节点打开串口时钟接收来自控制器收集到的点滴信息；封装数据包设置帧头和帧尾，保证数据的可靠传输；启动发送任务转发数据包至ZigBee路由节点；
步骤二、ZigBee路由节点启动任务处理函数，接收无线数据包并封装；启动无线发送任务将数据包发送至ZigBee协调器；
步骤三、ZigBee协调器启动任务处理函数，接收无线数据包并封装；启动串口时钟利用串口将数据包发送至网关。
2.如权利要求1所述基于ZigBee多跳网络的点滴信息监测方法，其特征是，数据信息传输的具体方法包括：
步骤(1)：由ZigBee协调器节点组建ZigBee通信网络；
步骤(2)：ZigBee终端节点控制传感器通过模拟I/O口的方式对点滴信息进行采集；
步骤(3)：ZigBee终端节点判断所采集的信息是否接收成功，若接收成功，则ZigBee终端节点启动ZigBee发送任务，将封装数据转发至ZigBee路由节点，进入步骤(4)；若接收失败，则返回步骤(3)；
步骤(4)：ZigBee路由节点接收ZigBee终端节点转发过来的点滴信息；ZigBee路由节点通过帧校验判断接收到的点滴信息是否完整，若完整则解析封装，将数据通过ZigBee发送任务转发至下一个ZigBee路由节点，以此类推，直至转发到最终的ZigBee路由节点，进入步骤(5)；若数据帧不完整，则丢弃当前数据帧；
步骤(5)：最终的ZigBee路由节点将数据通过ZigBee发送任务转发至ZigBee协调器，ZigBee协调器将封装好的数据转发至本地上位机；
步骤(6)：本地监测中心通过数据包帧头的校验判断接收到的点滴信息是否完整，若完整则将数据保存至本地数据库以便用户对历史数据查询和分析，若数据帧不完整，则丢弃本次接收的数据，等待接收新的数据。
3.如权利要求2所述基于ZigBee多跳网络的点滴信息监测方法，其特征是，所述步骤(1)的步骤为：ZigBee无线传感器网络组建，包括ZigBee协调器节点、ZigBee协调器节点与ZigBee路由节点连接，ZigBee路由节点与若干个ZigBee终端节点连接，ZigBee终端节点与液位监测传感器和点滴滴速传感器连接；具体为：
步骤(101)：ZigBee协调器节点开始组建ZigBee无线传感器网络；ZigBee协调器节点判断ZigBee路由节点是否存在，若存在，则将ZigBee路由节点加入ZigBee无线传感器网络，进入步骤(102)，否则将继续搜索是否存在ZigBee终端节点，若存在则将ZigBee终端节点加入网络，如若不存在ZigBee终端节点则结束本次搜索；
步骤(102)：ZigBee路由节点判断ZigBee终端节点是否存在，若存在，则将ZigBee终端节点加入ZigBee无线传感器网络；若不存在，则继续扫描整个ZigBee网络直至扫描到可加入网络的ZigBee终端节点；
步骤(103)：判断ZigBee路由节点是否关闭，若是，则通信中断，若不是，则ZigBee无线传感器网络搭建完成。
4.如权利要求3所述基于ZigBee多跳网络的点滴信息监测方法，其特征是，所述步骤(101)的具体方法包括：
步骤(1011)：确定ZigBee协调器节点；
步骤(1012)：ZigBee协调器节点确定后，待加入网络的当前节点主动扫描周围网络的ZigBee协调器节点，若在扫描期限内检测到信标，则从检测的信标中选择一个能够使用的网络ID；
步骤(1013)：当前节点向ZigBee协调器节点发送连接请求指令；
步骤(1014)：判断CSMA-CA信道访问是否成功，若是就等待ZigBee协调器节点向当前节点发送ACK确认帧；进入步骤(1015)；若否，则当前节点的MAC通知上层节点；
步骤(1015)：ZigBee协调器节点向网络层发送连接指示命令，表示已经收到节点的连接请求，并且判断网络地址资源是否足够，若足够则ZigBee协调器节点向当前节点发送连接请求响应，当前节点向ZigBee协调器节点发送ACK确认帧；若不足够，则当前节点的MAC通知上层节点。
5.如权利要求3所述基于ZigBee多跳网络的点滴信息监测方法，其特征是，所述步骤(102)具体包括：
步骤(1021)：判断目的地址Dstaddr是否为本身，若是，则置下一跳地址为无效地址，结束；若否，则进入步骤(1022)；
步骤(1022)：判断目的地址Dstaddr是否为0x0000，若是，则置下一跳地址为当前ZigBee路由节点的父地址，结束；若否，则进入步骤(1023)
步骤(1023)：判断目的地址Dstaddr是否在ZigBee协调器节点采用树形网络分配的地址范围内，若否，则置下一条地址为当前节点的父节点，结束；若是就探索邻居节点表，进入步骤(1024)；
步骤(1024)：判断当前节点的邻居节点表是否为空表项，若是则进入步骤(1025)；若否，就进入步骤(1026)；
步骤(1025)：判断当前表项对应的节点是否为路由节点，若是，则进入步骤(1026)；若否，则传感网络设计完成；
步骤(1026)：判断目的地址Dstaddr是否处于ZigBee协调器节点分配的地址范围内，若是就置下一跳为路由节点，结束，若否，则置下一跳为ZigBee终端节点。
6.采用权利要求1所述基于ZigBee多跳网络的点滴信息监测方法的监测系统，其特征是，包括：
滴速监测模块，与无线传输模块通信，用于监测滴液的滴速；
液位监测及液位报警模块，用于监测液位的高度，当液位低于报警高度时产生报警信号；
加热模块，采用加热膜对吊瓶点滴液加热；
无线传输模块，将点滴信号和液位信号传输至智能网关；
网关模块，用于汇总监测信息并将数据通过以太网转发至上位机；
上位机，用于实时显示滴速和液位状况并将用户信息保存至数据库中。
7.如权利要求6所述的监测系统，其特征是，所述的滴速监测模块包括用于检测液滴滴落动作的红外对射传感器。
8.如权利要求6所述的监测系统，其特征是，所述液位监测及液位报警模块包括非接触性的红外传感器。
9.如权利要求6所述的监测系统，其特征是，所述的加热模块包括加热贴，所述加热贴与USB供电装置连接。
10.如权利要求6所述的监测系统，其特征是，所述的网关模块采用STM32系列处理器，利用Lwip轻量级协议通过以太网将点滴信号传输至上位机；
所述数据库采用MYSQL数据库存储数据。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110064093A (zh) * 2019-04-10 2019-07-30 福建微龙电子科技有限公司 一种非接触式液位检测的物联网系统及检测方法
CN113312296A (zh) * 2021-05-21 2021-08-27 中南民族大学 基于ZigBee的心率数据采集与主机的串口通信方法
CN117156421A (zh) * 2023-10-31 2023-12-01 北京市农林科学院 一种家畜提示方法及系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090025920A (ko) * 2007-09-07 2009-03-11 엘에스전선 주식회사 환경 정보 모니터링 시스템
CN106170020A (zh) * 2016-08-19 2016-11-30 北海市蕴芯电子科技有限公司 一种基于物联网的智能农业监测系统
CN107362418A (zh) * 2017-08-14 2017-11-21 佛山科学技术学院 一种输液吊瓶的加热保温装置
CN107426672A (zh) * 2017-06-21 2017-12-01 山东师范大学 基于ZigBee网络的多路生理信息监测系统及方法
CN107497015A (zh) * 2017-09-29 2017-12-22 湖州慧能机电科技有限公司 一种无线医疗点滴终端监控装置
CN107860871A (zh) * 2017-11-06 2018-03-30 谭永其 一种空气质量实时监测方法及系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090025920A (ko) * 2007-09-07 2009-03-11 엘에스전선 주식회사 환경 정보 모니터링 시스템
CN106170020A (zh) * 2016-08-19 2016-11-30 北海市蕴芯电子科技有限公司 一种基于物联网的智能农业监测系统
CN107426672A (zh) * 2017-06-21 2017-12-01 山东师范大学 基于ZigBee网络的多路生理信息监测系统及方法
CN107362418A (zh) * 2017-08-14 2017-11-21 佛山科学技术学院 一种输液吊瓶的加热保温装置
CN107497015A (zh) * 2017-09-29 2017-12-22 湖州慧能机电科技有限公司 一种无线医疗点滴终端监控装置
CN107860871A (zh) * 2017-11-06 2018-03-30 谭永其 一种空气质量实时监测方法及系统

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110064093A (zh) * 2019-04-10 2019-07-30 福建微龙电子科技有限公司 一种非接触式液位检测的物联网系统及检测方法
CN113312296A (zh) * 2021-05-21 2021-08-27 中南民族大学 基于ZigBee的心率数据采集与主机的串口通信方法
CN117156421A (zh) * 2023-10-31 2023-12-01 北京市农林科学院 一种家畜提示方法及系统
CN117156421B (zh) * 2023-10-31 2024-03-08 北京市农林科学院 一种家畜提示方法及系统

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