CN113505004A - 基于ZigBee的智慧医疗监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于ZigBee的智慧医疗监测系统，ZigBee无线终端监测节点在上电时，将组网信息发送到ZigBee协调器，之后定时向ZigBee协调器发送节点数据；ZigBee协调器，用于将组网信息中的节点序号加入到环形队列中，还用于将节点数据存储二维数组中，二维数组的行号对应节点序号，二维数组的每行存储与节点序号对应的节点数据；还用于根据环形队列出队的节点序号读取二维数组中与出队的节点序号对应的节点数据，并通过Wifi模块发送到控制主机。本发明解决现有技术中医疗监控设备布线困难、体积庞大、价格昂贵、监控范围小、维护量大、可靠性不稳定等问题。

Description

基于ZigBee的智慧医疗监测系统

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，更具体涉及基于ZigBee的智慧医疗监测系统，适用于医院对每个病人各项身体检查指标的实时监控。

背景技术

医疗监测系统，在我国大多数都是有线的，大仪器式的监控，以前人工等方式进行采集和记录，这就导致了医疗设备的使用变的困难，尤其是布线的困难，以及记录的效率变的低下，所以当前的无线医疗监护系统就成了监护系统的主要发展方向。

由于医疗监测系统最主要的问题就是数据不能出现很大的偏差，也不能出现很大的延时，所以数据的即使传输以及正确传输是十分有必要的，在现有技术中，监测设备大都复杂且成本高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，提供基于ZigBee的智慧医疗监测系统，解决现有技术中医疗监控设备布线困难、体积庞大、价格昂贵、监控范围小、维护量大、可靠性不稳定等问题。

本发明的上述目的通过以下技术手段年实现：

基于ZigBee的智慧医疗监测系统，包括ZigBee无线终端监测节点，还包括 ZigBee协调器、Wifi模块和控制主机，

所述的ZigBee无线终端监测节点在上电时，将组网信息发送到ZigBee协调器，之后定时向ZigBee协调器发送节点数据；

ZigBee协调器，用于将组网信息中的节点序号加入到环形队列中，还用于将节点数据存储二维数组中，二维数组的行号对应节点序号，二维数组的每行存储与节点序号对应的节点数据；还用于根据环形队列出队的节点序号读取二维数组中与出队的节点序号对应的节点数据，并通过Wifi模块发送到控制主机。

如上所述的ZigBee协调器还用于建立设备关联表，

在环形队列的节点序号出队时：

若ZigBee协调器在二维数组中查找与出队的节点序号对应的节点数据不为空数据，则ZigBee协调器将设备关联表中与出队的节点序号对应的ZigBee无线终端监测节点的未连接次数设置为0，并将二维数组中的与出队的节点序号对应的节点数据的设备数据填充到设备关联表对应的设备数据中，并通过Wifi模块将二维数组中与出队的节点序号对应的节点数据发送到控制主机，将出队的节点序号挪到环形队列的队尾，将队首的节点序号作为下一个出队的节点序号；

若ZigBee协调器在二维数组中查找与出队的节点序号对应的节点数据为空数据，则ZigBee协调器将设备关联表中与出队的节点序号对应的ZigBee无线终端监测节点的未连接次数加1，并将设备关联表对应的设备数据设置为空，若未连接次数小于设定阈值，则将出队的节点序号挪到环形队列的队尾，将队首的节点序号作为下一个出队的节点序号；若未连接次数大于等于设定阈值，则ZigBee 协调器将设备关联表中与出队的节点序号对应的ZigBee无线终端监测节点的未连接次数标注为离线，并将出队的节点序号从环形队列中移除，将队首的节点序号作为下一个出队的节点序号。

如上所述的ZigBee协调器根据设备关联表生成心跳包通过Wifi模块发送到控制主机。

如上所述的控制主机通过Wifi模块向ZigBee协调器发送控制指令，控制指令包括操作指令以及接收控制指令的ZigBee无线终端监测节点的地址，Zigbee 协调器通过广播的形式将控制指令转发给各个ZigBee无线终端监测节点，如果 ZigBee无线终端监测节点接收到的控制指令中的地址与自身地址的符合，则执行对应的操作指令。

本发明所采用的技术方案与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、通过ZigBee无线传感器网络技术来实现ZigBee无线终端监测节点与控制主机之间数据的无线传输，解决了传统设备布线困难，体积庞大且不易移动的问题，并且扩大了监控的范围，提高了灵活性以及监控效率。

2、针对无线网络中，节点数据的传输不准时以及多个ZigBee无线终端监测节点同时传输时引发的竞争问题，提出了环形队列的方式，实现了节点数据的实时接收以及准确等问题。

3、环形队列里存放的是节点序号，仅仅将出队的节点序号对应的节点数据通过Wifi模块发送到控制主机，可以减少缓存的压力，不至于ZigBee协调器缓存爆掉。

4、采用环形队列，较普通队列来说，可以进一步节省内存空间，头指针空间一旦出来，新入网的节点序号即可入队。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是ZigBee无线终端监测节点的采集示意图；

图3是ZigBee协调器接收数据后与控制主机交互示意图；

图4是环形队列入队示意图；

图5是环形队列出队示意图。

其中：1-节点序号为1的ZigBee无线终端监测节点；2-节点序号为2的ZigBee 无线终端监测节点；3-节点序号为3的ZigBee无线终端监测节点；4-节点序号为4的ZigBee无线终端监测节点；5-ZigBee协调器；6-Wifi模块；7-控制主机。

具体实施方案

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

在现有医疗监测系统中，医疗监测系统大多采用有线方式，存在着监测设备体积庞大、加个昂贵、监控范围小、布线困难、维护量大、可靠性差、效率低下等问题。因此，本发明对现有技术进行了改进，提供了基于ZigBee的智慧医疗监测系统，充分发挥出ZigBee网络的低功耗、组网方便、可扩展性强、可靠性高的特点结合数据结构、心跳包机制和电脑主机控制功能，充分利用ZigBee无线传感器网络的优点和对病人身体的各项数据指标进行可靠的监测和控制，具有可靠性高，容错率高、使用方便等特点、并且无需认为记录，可全方位的监测病房里病人的各项生命体征，并在采集数据时如果有哪一项指标超过预设的阈值时，就会触发报警机制来提醒医护人员进行处理，极大的减轻了医护人员的工作压力，也提高了记录的可靠性，整体提高了医院的效率。

下面将以一具体实例来详细说明基于ZigBee的智慧医疗监测系统。

需要说明的是，基于ZigBee的智慧医疗监测系统应用于现代医疗场景之中，用于对医院所设计到的病房以及每个病人的各项指标的采集数据进行监测，以确保医护人员即使了解每个病房每个病人的具体情况。

基于ZigBee的智慧医疗监测系统，包括ZigBee无线终端监测节点，还包括ZigBee协调器，Wifi模块(ESP8266)以及控制主机。

各个ZigBee无线终端监测节点与ZigBee协调器连接，ZigBee协调器通过 Wifi模块与控制主机连接。

一、ZigBee无线终端监测节点

ZigBee无线终端监测节点作为测量数据的采集单元以及节点数据的发送单元，ZigBee无线终端监测节点设置在医疗场所涉及到的各个病房以及病人对应的位置，用于实时监测病人指标数据。在本实例中，所述病房以及病人对应的位置可以是病房也可以是病床或者是病人附近的墙壁都是可以的，ZigBee无线终端监测节点的数量可根据病人所需指标来定，一般而言，一个病床可以配备一个，但并不限于一个，若一个病人需要监测的指标比较多，那么也可以配备多个 ZigBee无线终端监测节点，在本实施例中，需要特别说明的是，ZigBee无线终端监测节点采用的是基于ZigBee技术的设备。

ZigBee无线终端监测节点包括：终端传感器、终端显示屏、终端ZigBee收发模块、终端存储模块和终端控制器，终端控制器分别与ZigBee终端收发模块、终端存储模块、终端传感器、终端显示屏、以及终端ZigBee收发模块连接，终端控制器用于将通过终端传感器采集的测量数据、以及将ZigBee无线终端监测节点对应的设备数据存储在终端存储模块，终端控制器还用于将测量数据和设备数据作为节点数据通过终端ZigBee收发模块发送给ZigBee协调器。在本实施例中，终端控制器采用的是CC2530处理器。终端传感器包括血压传感器、血氧传感器、心率传感器等传感器，用于采集各项测量数据，测量数据包括病人体征数据。

在本实施例中，ZigBee无线终端监测节点上电时，将组网信息发送到ZigBee 协调器，ZigBee协调器根据组网信息将ZigBee无线终端监测节点的节点序号加入到环形队列中，ZigBee无线终端监测节点入网以后开始定时向ZigBee协调器 5发送节点数据(测量数据和设备数据)，ZigBee协调器5会汇总无线通信连接的各个ZigBee无线终端监测节点发送过来的节点数据(测量数据以及设备数据)，更进一步的，Wifi模块6对测量数据以及设备数据进行协议转换后再发送到控制主机7。

二、ZigBee协调器

ZigBee协调器作为节点数据的接收单元，根据环形队列出队的节点序号在二维数组上读取对应节点序号的ZigBee无线终端监测节点发送的节点数据，位于环形队列的队首的节点序号出队，并通过Wifi模块发送到控制主机，节点数据包括ZigBee无线终端监测节点采集的测量数据以及设备数据；

ZigBee协调器通过二维数组存储ZigBee无线终端监测节点发送的节点数据，二维数组的行号与ZigBee无线终端监测节点的节点序号对应，二维数组的每行的长度与对应的ZigBee无线终端监测节点发送的节点数据的长度相适配。例如，二维数组定义为A[][]，二维数组的每行的长度与对应的ZigBee无线终端监测节点发送的节点数据的长度相适配，例如1号终端包括血压、血氧、心跳、体温四组数据，则A[0]代表1号ZigBee无线终端监测节点，A[0][0]代表1号ZigBee 无线终端监测节点的血压，A[0][1]代表1号ZigBee无线终端监测节点的血氧， A[0][2]代表1号ZigBee无线终端监测节点的心跳，A[0][3]代表1号ZigBee无线终端监测节点的体温。

将采集的测量数据与病人一一对应上，ZigBee协调器会设置一个环形队列存储此时该获取哪一个ZigBee无线终端监测节点的节点数据，例如ZigBee无线终端监测节点通电顺序为123，即表示节点序号为1的ZigBee无线终端监测节点先入网，再是节点序号为2的ZigBee无线终端监测节点入网，然后是节点序号为3的ZigBee无线终端监测节点入网，入网以后开始定时给ZigBee协调器发送自己监测到的节点数据，ZigBee协调器接收到节点数据以后存储在二维数组与节点序号对应的行，二维数组与节点序号对应的行仅存储ZigBee无线终端监测节点当前发送的节点数据，队列存储顺序为123，从而不需要用队列来存储接收到的节点数据，以减少缓存的压力，环形队列出队时调用队列的Pop函数，头指针前移，进行出队操作，若此时出队的是1，则将节点序号为1的ZigBee无线终端监测节点采集到的测量数据通过Wifi模块发送给控制主机。

在实际应用中，ZigBee协调器接收到节点数据后，通过二维数组对节点数据进行缓存，定时对环形队列进行出队操作，当出队的节点序号为1时，将接收到的节点序号为1的ZigBee无线终端监测节点的节点数据通过Wifi模块发送给控制主机，并清空二维数组与节点序号对应的行。

ZigBee协调器定时向控制主机发送心跳包，心跳包包括设备关联表，设备关联表中包括各个ZigBee无线终端监测节点的设备数据以及对应的未连接次数。

在环形队列的节点序号出队时：

若ZigBee协调器在二维数组中查找与出队的节点序号对应的节点数据不为空数据，则ZigBee协调器将设备关联表中与出队的节点序号对应的ZigBee无线终端监测节点的未连接次数设置为0，并将二维数组中的与出队的节点序号对应的节点数据的设备数据填充到设备关联表对应的设备数据中，并通过Wifi模块将二维数组中与出队的节点序号对应的节点数据发送到控制主机，将出队的节点序号挪到环形队列的队尾，将队首的节点序号作为下一个出队的节点序号；

若ZigBee协调器在二维数组中查找与出队的节点序号对应的节点数据为空数据，则ZigBee协调器将设备关联表中与出队的节点序号对应的ZigBee无线终端监测节点的未连接次数加1，并将设备关联表对应的设备数据设置为空，若未连接次数小于设定阈值，则将出队的节点序号挪到环形队列的队尾，将队首的节点序号作为下一个出队的节点序号；若未连接次数大于等于设定阈值，则ZigBee 协调器将设备关联表中与出队的节点序号对应的ZigBee无线终端监测节点的未连接次数标注为离线，并将出队的节点序号从环形队列中移除，将队首的节点序号作为下一个出队的节点序号。

ZigBee协调器通过心跳包的方式将设备关联表发送给控制主机，控制主机则判断哪些ZigBee无线终端监测节点在线还是离线状态。

控制主机接收到节点数据以后，可将接收到的节点数据解析成对应的测量数据和设备数据并进行显示。若控制主机迟迟没有接收到ZigBee无线终端监测节点发送过来的节点数据，则可初步判断ZigBee无线终端监测节点已经离线，同时查看心跳包发送过来的设备关联表中的未连接次数是否异常，来最终判断该ZigBee无线终端监测节点是否离线，此时ZigBee无线终端监测节点需要重新入网和及时更新设备关联表中的未连接次数。

三、Wifi模块

Wifi模块，充当网关角色，Wifi模块将ZigBee协调器接收到的节点数据发送给同一网段的控制主机，还用于将控制主机发送的控制命令发送给ZigBee协调器；

四、控制主机

控制主机，接收自ZigBee协调器发送的节点数据。

控制主机7通过Wifi模块6与ZigBee协调器5建立通信连接，用于对所述 ZigBee协调器进行管控，并通过Wifi模块6和ZigBee协调器5向相应的ZigBee 终端监测节点发送控制指令。

Zigbee协调器通过广播的形式将控制指令转发给各个ZigBee无线终端监测节点，控制指令包括操作指令以及接收控制指令的ZigBee无线终端监测节点的地址等，如果ZigBee无线终端监测节点接收到的控制指令中的地址与自身地址的符合，则执行对应的操作指令。

综上所述，本发明基于ZigBee网络的智慧医疗监测系统，充分利用了ZigBee 的低功耗、组网方便、可扩展性强、可靠性高的特点以及队列在这个系统里完美的贴合来实现数据的实时性以及准确性，充分利用两者的优点对医院各病人各数据指标进行安全可靠的监测，使用起来方便、可靠、安全性高，并且无需人为的进行操作，可以全方位的监控病房里的病人的各项指标，同时在得到采集的数据以后，如果有超过阈值的数据，则会触发警报机制以提醒医务人员，在极大减轻医务人员的工作量的前提下，保持了医疗所需的安全性和稳定性，整体提高了医院的工作效率。

需要指出的是，本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.基于ZigBee的智慧医疗监测系统，包括ZigBee无线终端监测节点，其特征在于，还包括ZigBee协调器、Wifi模块和控制主机，

所述的ZigBee无线终端监测节点在上电时，将组网信息发送到ZigBee协调器，之后定时向ZigBee协调器发送节点数据；

ZigBee协调器，用于将组网信息中的节点序号加入到环形队列中，还用于将节点数据存储二维数组中，二维数组的行号对应节点序号，二维数组的每行存储与节点序号对应的节点数据；还用于根据环形队列出队的节点序号读取二维数组中与出队的节点序号对应的节点数据，并通过Wifi模块发送到控制主机。

2.根据权利要求1所述的基于ZigBee的智慧医疗监测系统，其特征在于，所述的ZigBee协调器还用于建立设备关联表，

在环形队列的节点序号出队时：

若ZigBee协调器在二维数组中查找与出队的节点序号对应的节点数据不为空数据，则ZigBee协调器将设备关联表中与出队的节点序号对应的ZigBee无线终端监测节点的未连接次数设置为0，并将二维数组中的与出队的节点序号对应的节点数据的设备数据填充到设备关联表对应的设备数据中，并通过Wifi模块将二维数组中与出队的节点序号对应的节点数据发送到控制主机，将出队的节点序号挪到环形队列的队尾，将队首的节点序号作为下一个出队的节点序号；

若ZigBee协调器在二维数组中查找与出队的节点序号对应的节点数据为空数据，则ZigBee协调器将设备关联表中与出队的节点序号对应的ZigBee无线终端监测节点的未连接次数加1，并将设备关联表对应的设备数据设置为空，若未连接次数小于设定阈值，则将出队的节点序号挪到环形队列的队尾，将队首的节点序号作为下一个出队的节点序号；若未连接次数大于等于设定阈值，则ZigBee协调器将设备关联表中与出队的节点序号对应的ZigBee无线终端监测节点的未连接次数标注为离线，并将出队的节点序号从环形队列中移除，将队首的节点序号作为下一个出队的节点序号。

3.根据权利要求2所述的基于ZigBee的智慧医疗监测系统，其特征在于，所述的ZigBee协调器根据设备关联表生成心跳包通过Wifi模块发送到控制主机。

4.根据权利要求3所述的基于ZigBee的智慧医疗监测系统，其特征在于，所述的控制主机通过Wifi模块向ZigBee协调器发送控制指令，控制指令包括操作指令以及接收控制指令的ZigBee无线终端监测节点的地址，Zigbee协调器通过广播的形式将控制指令转发给各个ZigBee无线终端监测节点，如果ZigBee无线终端监测节点接收到的控制指令中的地址与自身地址的符合，则执行对应的操作指令。

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