專利名稱：基于ZigBee的嬰兒培養(yǎng)箱溫度監(jiān)測與報警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于醫(yī)學(xué)信息處理與分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及嬰兒培養(yǎng)箱溫度監(jiān)測與報警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
嬰兒培養(yǎng)箱是國家和浙江省重點監(jiān)控的醫(yī)療器械 產(chǎn)品之一，由于箱體內(nèi)環(huán)境失控而引起醫(yī)療不良事件的報道較為常見，如燙傷、凍壞、群體感染等，對培養(yǎng)箱內(nèi)環(huán)境特別是溫度的監(jiān)測顯得尤為重要。最近幾年，無線通信技術(shù)在國內(nèi)外醫(yī)療市場得到了廣泛的應(yīng)用，無線醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用迅猛增長。有報告指出，歐洲的無線醫(yī)療設(shè)備銷售額從2003年的9800萬美元增加到2008年的4. 458億美元。美國2003年的醫(yī)療WiFi市場達到4. 95億美元，2010年美國醫(yī)療WiFi市場高達20億美元。目前基于ZigBee的無線技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用主要是用于無線監(jiān)護呼叫，有的產(chǎn)品適用于家庭內(nèi)老年人的監(jiān)護和定位，有的用于醫(yī)院病房的無線呼叫系統(tǒng)，國內(nèi)已有相應(yīng)的產(chǎn)品。但國內(nèi)外基于ZigBee技術(shù)的醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)集成產(chǎn)品在醫(yī)院的應(yīng)用還是空白，特別是利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對國家重點監(jiān)控的治療搶救等生命支持設(shè)備的系統(tǒng)集成，目前還沒有此類的研究。ZigBee是ー種新興的短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)率、低成本的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技木。它依據(jù)IEEE802. 5. 4標(biāo)準(zhǔn)能在上千微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信，可完成數(shù)據(jù)的采集、處理、融合及傳輸。ZigBee是無線通信領(lǐng)域中的一個新的研究熱點，在軍事和民用方面均有廣闊的應(yīng)用前景，如エ業(yè)監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療監(jiān)護、空間探索、交通和倉儲管理、邊防控制、智能地雷等。ZigBee技術(shù)具有統(tǒng)ー技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的短距離無線通信技術(shù)，它是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍牙之間的技術(shù)方案。2003年11月，IEEE正式發(fā)布了該項技術(shù)物理層和MAC層所采用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，即IEEE802. 15. 4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，而應(yīng)用層的開發(fā)應(yīng)用根據(jù)用戶自己的應(yīng)用需求，對其進行開發(fā)。ZigBee的優(yōu)勢主要有(I)低功耗在通信狀態(tài)，ZigBee終端耗電在幾十mW左右，在省電模式下，耗電僅僅幾十μ W，一節(jié)干電池可以工作幾個月到I年。在低耗電待機模式下，2節(jié)5號干電池可支持I個節(jié)點工作6-24個月，甚至更長。相比較，藍牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時；(2)高容量=ZigBee可采用星狀、樹簇和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點，最多一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點；同時主節(jié)點還可由上ー層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理，最多可組成65000個節(jié)點的大網(wǎng)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于ZigBee的嬰兒培養(yǎng)箱溫度監(jiān)測與報警系統(tǒng)，通過及時對嬰兒培養(yǎng)箱的溫度監(jiān)測和異常報警信號的產(chǎn)生，更好地讓臨床醫(yī)護人員掌握新生兒的生活環(huán)境，減少醫(yī)護人員的工作量和不良事件的發(fā)生。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型具體采用以下技術(shù)方案一種基于Zigbee的嬰兒培養(yǎng)箱溫度監(jiān)測與報警系統(tǒng)，包括監(jiān)控主機、協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點和傳感器終端節(jié)點構(gòu)成的無線傳感網(wǎng)，其特征在于ー個新生兒病房作為ー個無線網(wǎng)絡(luò)，病區(qū)值班護理中心安放協(xié)調(diào)器節(jié)點，在樓層走廊布設(shè)路由器節(jié)點，各嬰兒培養(yǎng)箱放置無線傳感器終端節(jié)點，協(xié)調(diào)器節(jié)點連接到監(jiān)控主機。所述的傳感器終端節(jié)點采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，由RF-2430 ZigBee模塊和DS18B20數(shù)字溫度傳感器通過cc2430 I/O ロ相連。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果本實用新型采用基于TI/CHIPCON CC2430為核心設(shè)計的傳感器節(jié)點，結(jié)合ZigBee技術(shù)構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對嬰兒培養(yǎng)箱溫度監(jiān)測和報警的系統(tǒng) 集成，可以更好的、更及時的了解嬰兒培養(yǎng)箱的溫度情況，并通過及時的報警來防止因嬰兒培養(yǎng)箱故障而對嬰兒造成傷害的不良事件的發(fā)生。
圖I Zigbee系統(tǒng)框架原理圖圖2協(xié)調(diào)器Zigbee節(jié)點流程圖圖3終端傳感器Zigbee節(jié)點流程圖4監(jiān)控主Zigbee節(jié)點流程圖。
具體實施方式
下面，據(jù)說明書附圖并結(jié)合具體實施例對本實用新型的技術(shù)方案作進ー步地詳細說明。本實用新型基于ZigBee的嬰兒培養(yǎng)箱溫度監(jiān)測與報警系統(tǒng)具體包括以下步驟(I)確定Zigbee網(wǎng)絡(luò)模型的輸入輸出變量將嬰兒培養(yǎng)箱的床號、設(shè)置溫度值和傳感器終端節(jié)點正常電池電壓值作為輸入變量，將監(jiān)測到的嬰兒培養(yǎng)箱箱內(nèi)實際溫度值和傳感器終端節(jié)點電池電壓的變化值以及相應(yīng)床位的報警信號作為輸出變量；根據(jù)需要，在監(jiān)控主機輸入嬰兒培養(yǎng)箱的床位號、設(shè)置溫度Ttl、傳感器終端節(jié)點正常電池電壓值，輸出為傳感器終端節(jié)點監(jiān)測到的其節(jié)點供電電池當(dāng)前電壓值U、培養(yǎng)箱實際溫度值T(k)和經(jīng)數(shù)據(jù)分析處理后的聲光報警信號。(2)獲得樣本數(shù)據(jù)采集嬰兒培養(yǎng)箱的箱內(nèi)實際溫度值和傳感器終端節(jié)點當(dāng)前電池電壓值作為樣本數(shù)據(jù)。為了獲得建模所需的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)主要采用成都無線龍通訊科技有限公司與TEXASINSTRUMENTS聯(lián)合研發(fā)的RF-2430 ZigBee模塊和DS18B20數(shù)字溫度傳感器采集嬰兒培養(yǎng)箱箱內(nèi)溫度，由軟件設(shè)置Zigbee2430無線模塊工作在協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點或終端傳感器節(jié)點模式。該ZigBee無線模塊采用無線龍標(biāo)準(zhǔn)雙排20針功能引腳和TI的ZigBee片上系統(tǒng)CC2430作為微控制器，其中終端傳感器節(jié)點由RF-2430 ZigBee模塊和DS18B20數(shù)字溫度傳感器通過cc2430 I/O ロ相連，并采用3V鋰電池供電。系統(tǒng)每30s采集培養(yǎng)箱內(nèi)溫度和傳感器終端節(jié)點電池電壓，同時通過無線網(wǎng)絡(luò)將各傳感器終端節(jié)點的數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控主機，經(jīng)管理軟件顯示分析并發(fā)出聲光報警信號。(3)建立Zigbee網(wǎng)絡(luò)模型要在醫(yī)院病區(qū)建立ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)無線監(jiān)測和報警系統(tǒng)集成，一般醫(yī)院病區(qū)內(nèi)距離不會很遠，而病區(qū)護理中心需要采集所有嬰兒培養(yǎng)箱的溫度數(shù)據(jù)并產(chǎn)生報警信號。根據(jù)實際情況建立如圖I所示的Zigbee系統(tǒng)框架原理圖，包括由監(jiān)控主機、協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點和傳感器終端節(jié)點構(gòu)成的無線傳感網(wǎng)。協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點和傳感器終端節(jié)點均由全功能設(shè)備構(gòu)成(出于成本考慮，傳感器終端節(jié)點可采用精簡功能設(shè)備)，主要完成數(shù)據(jù)采集、組織及發(fā)送功能，節(jié)點在加入網(wǎng)絡(luò)后，由它的父節(jié)點給他分配ー個短地址。傳感器終端節(jié)點由CC2430 Zigbee節(jié)點、DS18B20數(shù)字溫度傳感器及少量外圍器件構(gòu)成，并采用3V鋰電池供電。
路由器節(jié)點建立路由表格，中繼數(shù)據(jù)幀，它主要完成數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)、網(wǎng)絡(luò)維護等功能。協(xié)調(diào)器節(jié)點起到與外部系統(tǒng)接ロ或協(xié)調(diào)與其他網(wǎng)絡(luò)的路由作用，主要完成網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)整理、無線遠程通信等功能。協(xié)調(diào)器節(jié)點需要與監(jiān)控主機RS232接ロ連接，將系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中各傳感器終端節(jié)點的數(shù)據(jù)傳送至管理中心主機，并由主機管理軟件分析處理，顯示分析并發(fā)出聲光報警信息；在CC2430的串口和主機RS232接ロ之間增加ー個MAX232芯片以完成電平轉(zhuǎn)換。(4)確定Zigbee網(wǎng)絡(luò)模型將ー個新生兒病房作為ー個無線網(wǎng)絡(luò)，病區(qū)值班護理中心安放協(xié)調(diào)器節(jié)點，在樓層走廊布設(shè)路由器節(jié)點，各嬰兒培養(yǎng)箱放置無線傳感器終端節(jié)點，協(xié)調(diào)器節(jié)點連接到監(jiān)控主機，由相應(yīng)的管理軟件對整個系統(tǒng)進行管理。協(xié)調(diào)器定時掃描網(wǎng)絡(luò)信號區(qū)域內(nèi)的用戶終端，將用戶終端的相關(guān)信息上報，路由器負(fù)責(zé)終端的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，將終端的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器。對于連接監(jiān)控主機的協(xié)調(diào)器節(jié)點上電開始工作后首先要進行ZigBee協(xié)議棧的初始化工作，然后進行信道掃描及空閑信道評估，從而選擇合適的工作信道和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符，啟動ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送超巾貞,等待ZigBee傳感器終端設(shè)備的連接請求,并經(jīng)認(rèn)證后,確認(rèn)是合法的設(shè)備，便發(fā)出允許連接的命令，實現(xiàn)該ZigBee傳感器終端與協(xié)調(diào)器的連接，連接建立后網(wǎng)絡(luò)形成，協(xié)調(diào)器節(jié)點在該傳感器終端發(fā)出數(shù)據(jù)發(fā)送請求時，將該數(shù)據(jù)發(fā)送至主機，管理中心軟件對數(shù)據(jù)進行分析顯示并產(chǎn)生聲光報警提示信息。協(xié)調(diào)器節(jié)點程序流程圖如圖2所
/Jn ο嬰兒培養(yǎng)箱傳感器終端上電后首先初始化ZigBee協(xié)議棧，然后開始進行信道掃描，尋找ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點，當(dāng)檢測到ZigBee協(xié)調(diào)器的超幀信號時，便向其發(fā)送建立連接的請求，連接建立后，獲得協(xié)調(diào)器的標(biāo)識號，加入網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)數(shù)據(jù)采集定時時間到時，傳感器終端設(shè)備會發(fā)出數(shù)據(jù)發(fā)送請求，進行核實后，將該信息通過剛加入的ZigBee網(wǎng)絡(luò)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點，由協(xié)調(diào)器節(jié)點將該數(shù)據(jù)送管理中心主機進行分析處理。嬰兒培養(yǎng)箱傳感器終端子節(jié)點的程序流程圖如圖3所示。(5)通過步驟(4)確定的Zigbee網(wǎng)絡(luò)模型，采集嬰兒培養(yǎng)箱的實際溫度值和傳感器終端節(jié)點當(dāng)前電池電壓值，通過無線網(wǎng)絡(luò)將各傳感器終端節(jié)點采集的數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控主機，監(jiān)控主機將采集的傳感器終端節(jié)點當(dāng)電池電壓值與正常電池電壓值進行比較，當(dāng)傳感器終端節(jié)點監(jiān)測到的供電電壓低于2. 95V時，監(jiān)控主機發(fā)出“需更換電池”報警信號S1 ;將嬰兒培養(yǎng)箱的實際溫度值T(k)與設(shè)置溫度值Ttl進行比較，當(dāng)傳感器終端節(jié)點監(jiān)測到的嬰兒培養(yǎng)箱實際溫度T (k)與設(shè)置溫度Ttl相差> 3°C時，監(jiān)控中心主機發(fā)出“箱溫偏差”報警信號s2。傳感器終端節(jié)點發(fā)送指令使數(shù)字溫度傳感器DS18B20定時采集溫度信息(在接到中斷信號情況下，需即時采集溫度信號)。傳感器終端節(jié)點對箱體溫度不斷進行采樣，并將溫度信號發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點，協(xié)調(diào)器節(jié)點通過RS232接ロ將溫度信號發(fā)送給監(jiān)控主機并在顯示屏上顯示。如果嬰兒培養(yǎng)箱箱體溫度TGO-Ttl ≥ 3°C或箱體溫度T(k) ^ 38°C，監(jiān)控主機接收此溫度信號后發(fā)出“超溫”報警。當(dāng)T(k)=T(k-l)=T(k-2)=……=T(k-n)時，監(jiān)控主機判斷培養(yǎng)箱進入恒溫狀態(tài)，此時如果ITGO-TciI≥3°C，監(jiān)控主機發(fā)出“箱溫偏差”報警。其中T(k)表示第k個采樣時刻的培養(yǎng)箱實際溫度值，采樣周期為30s。監(jiān)控主機主機管理軟件負(fù)責(zé)對嬰兒培養(yǎng)箱溫度監(jiān)測和報警系統(tǒng)中的全部節(jié)點進行可視化管理，包括系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳感器終端節(jié)點實 時監(jiān)控、狀態(tài)異常報警、節(jié)點信息管理、系統(tǒng)用戶管理、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等功能。主機管理中心軟件主要執(zhí)行流程如圖4所示。從而實現(xiàn)對嬰兒培養(yǎng)箱溫度的監(jiān)測并及時發(fā)出報警信號。實驗結(jié)果溫度監(jiān)測
權(quán)利要求1.一種基于Zigbee的嬰兒培養(yǎng)箱溫度監(jiān)測與報警系統(tǒng)，包括監(jiān)控主機、協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點和傳感器終端節(jié)點構(gòu)成的無線傳感網(wǎng)，其特征在于一個新生兒病房作為一個無線網(wǎng)絡(luò)，病區(qū)值班護理中心安放協(xié)調(diào)器節(jié)點，在樓層走廊布設(shè)路由器節(jié)點，各嬰兒培養(yǎng)箱放置無線傳感器終端節(jié)點，協(xié)調(diào)器節(jié)點連接到監(jiān)控主機。
2.如權(quán)利要求I所述的一種基于Zigbee的嬰兒培養(yǎng)箱溫度監(jiān)測與報警系統(tǒng)，其特征在于所述的傳感器終端節(jié)點采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，由RF-2430 ZigBee模塊和DS18B20數(shù)字溫度傳感器通過cc2430 I/O 口相連。
專利摘要本實用新型涉及一種基于Zigbee的嬰兒培養(yǎng)箱溫度監(jiān)測與報警系統(tǒng)，包括監(jiān)控主機、協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點和傳感器終端節(jié)點構(gòu)成的無線傳感網(wǎng)，其特征在于一個新生兒病房作為一個無線網(wǎng)絡(luò)，病區(qū)值班護理中心安放協(xié)調(diào)器節(jié)點，在樓層走廊布設(shè)路由器節(jié)點，各嬰兒培養(yǎng)箱放置無線傳感器終端節(jié)點，協(xié)調(diào)器節(jié)點連接到監(jiān)控主機。本實用新型采用基于TI/CHIPCONCC2430為核心設(shè)計的傳感器節(jié)點，結(jié)合ZigBee技術(shù)構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對嬰兒培養(yǎng)箱溫度監(jiān)測和報警的系統(tǒng)集成，可以更好的、更及時的了解嬰兒培養(yǎng)箱的溫度情況，并通過及時的報警來防止因嬰兒培養(yǎng)箱故障而對嬰兒造成傷害的不良事件的發(fā)生。
文檔編號G01K7/00GK202614402SQ20122024133
公開日2012年12月19日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者沈云明, 鄭焜, 陳龍, 王琳, 沈一奇, 趙永根 申請人:浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬兒童醫(yī)院