基于ZigBee的無線輸液監(jiān)控方案

在醫(yī)療系統(tǒng)中，病人在輸液過程中的監(jiān)控問題，一直是護(hù)士和病人關(guān)心的問題，一但監(jiān)控失誤就會(huì)使空氣進(jìn)入人體的血液系統(tǒng)，造成嚴(yán)重的后果，甚至?xí)够颊咚劳觥，F(xiàn)有的控制系統(tǒng)，多采用有線技術(shù)進(jìn)行檢測傳感器網(wǎng)絡(luò)的組建。這類方案的特點(diǎn)是擴(kuò)展性能差、布線繁瑣、移動(dòng)性能差。由于采用硬線連接，線路容易老化或遭到腐蝕、磨損，故障發(fā)生率較高。采用無線傳輸方式構(gòu)建的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)恰好可以避免這些問題。相對(duì)而言，無線的方式比較靈活，避免了重新布線的麻煩，網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施不再需要隱藏在墻里，無線網(wǎng)絡(luò)可以適應(yīng)移動(dòng)或變化的需要；但是，無線通信技術(shù)在醫(yī)院輸液監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用相對(duì)較少。這主要是因?yàn)槟壳皼]有一項(xiàng)無線通信技術(shù)適合在醫(yī)院輸液監(jiān)控領(lǐng)域進(jìn)行廣泛地推廣，而且現(xiàn)有的無線通信產(chǎn)品的價(jià)格偏高，導(dǎo)致無線通信技術(shù)在醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用停滯不前。ZigBee技術(shù)的出現(xiàn)就解決了這些問題。將無線ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)控制相結(jié)合，可以有效地實(shí)現(xiàn)醫(yī)院輸液監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。正是由于ZigBee技術(shù)具有功耗極低、系統(tǒng)簡單、組網(wǎng)方式靈活、成本低、等待時(shí)間短等性能，相對(duì)于其他無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它更適合于組建醫(yī)療監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。

　　1　系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

　　1.1　點(diǎn)滴速度與儲(chǔ)液面檢測

　　采用紅外光電傳感器測量點(diǎn)滴速度。當(dāng)液滴滴下時(shí)，紅外光電傳感器發(fā)射的光透過液滴后強(qiáng)度發(fā)生變化，光電接收管接收強(qiáng)度變化的光信號(hào)后輸出變化的電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)經(jīng)過放大、整形后被轉(zhuǎn)化為TTL電平信號(hào)，送單片機(jī)計(jì)數(shù)來測量點(diǎn)滴速度。該傳感器具有體積小、靈敏度高、線性好等特點(diǎn)，其外圍電路簡單，性能穩(wěn)定可靠。

　　采用電容傳感測液位。在儲(chǔ)液瓶的瓶身正對(duì)著貼兩片金屬薄片作為傳感電容，儲(chǔ)液液面下降，電容兩極之間的介電常數(shù)減小，電容值隨之減小，經(jīng)過電容/電壓變換器后輸出電壓上升。當(dāng)儲(chǔ)液液面降到警戒線時(shí)，轉(zhuǎn)換電壓高于回差比較器閥值電壓，比較器翻轉(zhuǎn)輸出開關(guān)信號(hào)。C/V變換電路具有優(yōu)良的線性度，較高的變換靈敏度與抗干擾性能。

　　1.2　無線傳輸模塊

　　從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)邏輯功能上，ZigBee設(shè)備可以分為終端設(shè)備（enddevice）、路由節(jié)點(diǎn)（router）、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器（PANco-ordinator）；從設(shè)備的功能性上區(qū)分，可以分為全功能設(shè)備FFD（FullFunctionDevice）和簡約功能設(shè)備RFD（Re-ducedFunctionDevice）［4］。其中，全功能設(shè)備可以充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、路由結(jié)點(diǎn)或終端設(shè)備，而簡約功能設(shè)備只能充當(dāng)終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)。因此，從網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)上分析，ZigBee醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)集中器是ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器；數(shù)據(jù)集中點(diǎn)是路由節(jié)點(diǎn)；無線傳感器是終端節(jié)點(diǎn)，根據(jù)傳感器安置的位置，也可設(shè)為路由節(jié)點(diǎn)。一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多支持65535個(gè)節(jié)點(diǎn)，完全可以滿足需要。

　　2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及工作原理

　　2.1　數(shù)據(jù)接收端

　　數(shù)據(jù)接收端使用相同的無線收發(fā)模塊，并利用RS232異步串口與PC機(jī)通信。其功能相當(dāng)于一個(gè)接入點(diǎn)，一方面將主機(jī)向數(shù)據(jù)采集端發(fā)送的控制信號(hào)以無線的方式發(fā)射出去，另一方面接收采集數(shù)據(jù)并上傳給主機(jī)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖