挑戰(zhàn)杯作品論文

1、 “挑戰(zhàn)杯”曲阜師范大學(xué)第十一屆課外學(xué)術(shù)科技作品競賽 摘 要 隨著社會(huì)老齡化程度的加深和意外事故的頻發(fā)，失去生活自理能力而長期癱瘓?jiān)诖驳娜藬?shù)不斷增加。目前，我國存在著護(hù)理費(fèi)用高昂、護(hù)理技術(shù)落后、專業(yè)護(hù)理人員短缺等一系列的問題，僅靠社會(huì)保障和福利機(jī)制不能完全滿足這一弱勢群體的需求?；诖?，我們從對市場現(xiàn)有護(hù)理機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新的角度出發(fā)，把“醫(yī)院護(hù)理”和“家庭護(hù)理”作為兩大方向，創(chuàng)新性的將“GSM技術(shù)”和 “ZigBee無線自組網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”分別應(yīng)用于市場現(xiàn)有護(hù)理機(jī)，開發(fā)設(shè)計(jì)了基于GSM和ZigBee的臥床病人護(hù)理機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。“家庭護(hù)理機(jī)”以PIC單片機(jī)為主控制器，利用GSM模塊 TC35i，使護(hù)理機(jī)

2、與監(jiān)護(hù)人之間以“手機(jī)短信”的形式進(jìn)行信息傳輸?！搬t(yī)院護(hù)理機(jī)”以PIC單片機(jī)為主控制器，利用ZigBee無線自組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多臺護(hù)理機(jī)無線自組網(wǎng)功能，并利用C+build6編寫了上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件，建立病房與護(hù)士站之間的遠(yuǎn)程聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了對病人的實(shí)時(shí)監(jiān)控與無人護(hù)理。 基于GSM和ZigBee的臥床病人護(hù)理機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，提高了護(hù)理過程的智能化、人性化，創(chuàng)新性的實(shí)現(xiàn)了“無人護(hù)理”功能，達(dá)到了幫助家庭、醫(yī)院降低護(hù)理成本的目的，在一定程度上緩解了老齡化所帶來的社會(huì)壓力并且給予臥床病人更加人性化的關(guān)懷。該作品市場前景非常廣闊，一旦產(chǎn)品化，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 關(guān)鍵詞：PIC 單片機(jī)；GSM

3、；ZigBee；遠(yuǎn)程監(jiān)控；C+build6Abstract Along with the deepening of the aging process in human society and high frequency of accidents, the number of people who have been confined to bed for long after loss of self-care ability is increasing steadily. At present, our country is faced with a series of problems

4、 in nursing care, such as high costs, backward nursing technology and professional nursing staff shortages. Its not enough to rely only on social security and welfare mechanism to completely meet the needs of these disadvantaged people. In this view, from the point of innovating existing nursing mac

5、hines in the market, we innovatively used GSM technology and ZigBee wireless ad hoc network technology respectively in the nursing machines existing in the market, with hospital care and home care as two major directions, and developed and designed a remote monitoring system for bedridden patients c

6、are machines based on GSM and ZigBee. With a PIC MCU as its main controller, a home care machine uses he35i of GSM module to realize information transmission between the nursing machine and the guardian via mobile phone short messages. A hospital care machine uses a PIC MCU as its main controller to

7、 implement the function of wireless ad hoc network for numbers of care machines by using ZigBee wireless ad hoc network technology. Softwares are also written for the upper computer remote HYPERLINK app:ds:monitoring t monitoring HYPERLINK app:ds:system t system, by using C+build6, to establish remo

8、te connection between wards and the nursing station and realize real-time monitoring and unmanned nursing care for patients. The HYPERLINK app:ds:remote t remote HYPERLINK app:ds:monitoring t monitoring HYPERLINK app:ds:system t system for bedridden patient care machines based on GSM and ZigBee impr

9、oves the intelligent and human nursing process, implements innovatively the function of “unmanned care”, achieving the purpose of helping bring down family and hospital nursing cost, and, to some extent, alleviates the social pressure brought about by an aging population while giving bedridden patie

10、nts more humane care. This work has very broad market prospects.; once made into products, it will bring enormous economic and social benefits.Key words: PIC; GSM; ZigBee; remote monitoring; C+build6目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc353817164 摘 要 PAGEREF _Toc353817164 h 1 HYPERLINK l _Toc353817165 目

11、錄 PAGEREF _Toc353817165 h 3 HYPERLINK l _Toc353817166 1.引言 PAGEREF _Toc353817166 h 4 HYPERLINK l _Toc353817167 2.調(diào)研 PAGEREF _Toc353817167 h 5 HYPERLINK l _Toc353817168 2.1調(diào)研思路 PAGEREF _Toc353817168 h 5 HYPERLINK l _Toc353817169 2.2 調(diào)研進(jìn)程 PAGEREF _Toc353817169 h 6 HYPERLINK l _Toc353817170 2.3調(diào)研總結(jié)及市場分

12、析 PAGEREF _Toc353817170 h 6 HYPERLINK l _Toc353817171 2.3.1臥床病人數(shù)量多與護(hù)理人員數(shù)量少的矛盾 PAGEREF _Toc353817171 h 7 HYPERLINK l _Toc353817172 2.3.2現(xiàn)有護(hù)理設(shè)備仍需改進(jìn) PAGEREF _Toc353817172 h 8 HYPERLINK l _Toc353817173 2.4 市場需求及前景 PAGEREF _Toc353817173 h 9 HYPERLINK l _Toc353817174 3.項(xiàng)目技術(shù)路線 PAGEREF _Toc353817174 h 10 HY

13、PERLINK l _Toc353817175 3.1基于“GSM技術(shù)”實(shí)現(xiàn)“家庭式無人護(hù)理”功能 PAGEREF _Toc353817175 h 11 HYPERLINK l _Toc353817176 3.2 基于“ZigBee技術(shù)”實(shí)現(xiàn)對多臺護(hù)理機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能 PAGEREF _Toc353817176 h 12 HYPERLINK l _Toc353817177 3.3 管理軟件總體功能與設(shè)計(jì)思路 PAGEREF _Toc353817177 h 15 HYPERLINK l _Toc353817178 4. 利用“GSM技術(shù)”實(shí)現(xiàn)家用式護(hù)理機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控 PAGEREF _Toc3538

14、17178 h 16 HYPERLINK l _Toc353817179 4.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc353817179 h 17 HYPERLINK l _Toc353817180 4.1.1單片機(jī)芯片選擇 PAGEREF _Toc353817180 h 17 HYPERLINK l _Toc353817181 4.1.2傳感器變送器接口設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc353817181 h 17 HYPERLINK l _Toc353817182 4.1.3語音接口電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc353817182 h 18 HYPERLINK l _Toc35381718

15、3 4.1.4液晶和鍵盤接口電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc353817183 h 19 HYPERLINK l _Toc353817184 4.2.5 GSM通信模塊電路接口設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc353817184 h 19 HYPERLINK l _Toc353817185 4.2 GSM短信息處理程序設(shè)計(jì)8 PAGEREF _Toc353817185 h 21 HYPERLINK l _Toc353817186 5.利用“ZigBee無線組網(wǎng)”功能實(shí)現(xiàn)護(hù)理機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控 PAGEREF _Toc353817186 h 23 HYPERLINK l _Toc353817187 5.

16、1 ZigBee 自組織網(wǎng)絡(luò)原理9，10 PAGEREF _Toc353817187 h 23 HYPERLINK l _Toc353817188 5.2 護(hù)理機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 PAGEREF _Toc353817188 h 24 HYPERLINK l _Toc353817189 5.3 無線組網(wǎng)通信流程 PAGEREF _Toc353817189 h 26 HYPERLINK l _Toc353817190 5.3.1上位監(jiān)控PC機(jī)與下位護(hù)理機(jī)的無線組網(wǎng)通信流程 PAGEREF _Toc353817190 h 26 HYPERLINK l _Toc353817191 5.3.2 ZigBee

17、終端與護(hù)理機(jī)的通信流程 PAGEREF _Toc353817191 h 26 HYPERLINK l _Toc353817192 5.3.3協(xié)調(diào)器與管理中心計(jì)算機(jī)的通信流程 PAGEREF _Toc353817192 h 27 HYPERLINK l _Toc353817193 5.4 上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc353817193 h 29 HYPERLINK l _Toc353817194 5.4.1注冊護(hù)理機(jī)的“樹狀目錄顯示” PAGEREF _Toc353817194 h 31 HYPERLINK l _Toc353817195 5.4.2 護(hù)理機(jī)監(jiān)測參數(shù)的顯示 PAG

18、EREF _Toc353817195 h 32 HYPERLINK l _Toc353817196 5.4.3當(dāng)前登錄用戶代號、日期、時(shí)間顯示 PAGEREF _Toc353817196 h 33 HYPERLINK l _Toc353817197 5.4.4設(shè)備連接狀態(tài)顯示 PAGEREF _Toc353817197 h 33 HYPERLINK l _Toc353817198 5.4.5護(hù)理機(jī)“注冊”、“注銷”模塊14,15 PAGEREF _Toc353817198 h 34 HYPERLINK l _Toc353817199 5.4.6用戶管理模塊 PAGEREF _Toc353817

19、199 h 35 HYPERLINK l _Toc353817200 5.4.7數(shù)據(jù)報(bào)表查詢打印功能 PAGEREF _Toc353817200 h 36 HYPERLINK l _Toc353817201 6.關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點(diǎn) PAGEREF _Toc353817201 h 37 HYPERLINK l _Toc353817202 6.1技術(shù)關(guān)鍵 PAGEREF _Toc353817202 h 37 HYPERLINK l _Toc353817203 6.1.1科學(xué)性 PAGEREF _Toc353817203 h 37 HYPERLINK l _Toc353817204 6.1.2先進(jìn)性

20、PAGEREF _Toc353817204 h 38 HYPERLINK l _Toc353817205 6.1.3安全可靠性 PAGEREF _Toc353817205 h 39 HYPERLINK l _Toc353817206 6.2創(chuàng)新點(diǎn) PAGEREF _Toc353817206 h 39 HYPERLINK l _Toc353817207 7.項(xiàng)目研究成果 PAGEREF _Toc353817207 h 40 HYPERLINK l _Toc353817208 7.1需求分析 PAGEREF _Toc353817208 h 40 HYPERLINK l _Toc353817209

21、7.1.1 當(dāng)今現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc353817209 h 40 HYPERLINK l _Toc353817210 7.1.2 解決目標(biāo)及方案 PAGEREF _Toc353817210 h 40 HYPERLINK l _Toc353817211 7.1.3 系統(tǒng)綜合要求 PAGEREF _Toc353817211 h 41 HYPERLINK l _Toc353817212 7.2 研究開發(fā)的軟件系統(tǒng) PAGEREF _Toc353817212 h 41 HYPERLINK l _Toc353817213 8.新產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益 PAGEREF _Toc353817213 h

22、 42 HYPERLINK l _Toc353817214 8.1經(jīng)濟(jì)效益 PAGEREF _Toc353817214 h 42 HYPERLINK l _Toc353817215 8.2社會(huì)效益 PAGEREF _Toc353817215 h 45 HYPERLINK l _Toc353817216 8.3 推廣價(jià)值 PAGEREF _Toc353817216 h 46 HYPERLINK l _Toc353817217 9.新展望 PAGEREF _Toc353817217 h 47 HYPERLINK l _Toc353817218 9.1 開發(fā)自動(dòng)側(cè)翻身功能 PAGEREF _Toc3

23、53817218 h 48 HYPERLINK l _Toc353817219 9.2增加娛樂功能 PAGEREF _Toc353817219 h 48 HYPERLINK l _Toc353817220 9.3開發(fā)按摩功能 PAGEREF _Toc353817220 h 49 HYPERLINK l _Toc353817221 9.4增加日常醫(yī)療檢測功能 PAGEREF _Toc353817221 h 49 HYPERLINK l _Toc353817222 9.4.1體溫智能檢測 PAGEREF _Toc353817222 h 49 HYPERLINK l _Toc353817223 9.

24、4.2脈搏自動(dòng)測量 PAGEREF _Toc353817223 h 49 HYPERLINK l _Toc353817224 9.4.3 動(dòng)態(tài)血壓測量 PAGEREF _Toc353817224 h 50 HYPERLINK l _Toc353817225 10.總結(jié) PAGEREF _Toc353817225 h 50 HYPERLINK l _Toc353817226 11.參考文獻(xiàn)(References) PAGEREF _Toc353817226 h 53 HYPERLINK l _Toc353817227 12.附 錄 PAGEREF _Toc353817227 h 55 HYPER

25、LINK l _Toc353817228 12.1GSM模塊TC35i接線原理 PAGEREF _Toc353817228 h 55 HYPERLINK l _Toc353817229 12.2注冊護(hù)理機(jī)的樹狀顯示實(shí)現(xiàn)流程圖 PAGEREF _Toc353817229 h 56 HYPERLINK l _Toc353817230 12.3護(hù)理機(jī)信息顯示實(shí)現(xiàn)流程圖 PAGEREF _Toc353817230 h 57 HYPERLINK l _Toc353817231 12.4初始化及設(shè)置串口的API函數(shù) PAGEREF _Toc353817231 h 58 HYPERLINK l _Toc35

26、3817232 12.5調(diào)查問卷 PAGEREF _Toc353817232 h 591.引言當(dāng)今社會(huì)中存在著大量失去生活自理能力而長期臥床的弱勢人員，一方面該群體數(shù)量龐大，分布極為分散，專業(yè)護(hù)理人員卻十分緊缺;另一方面，國內(nèi)專業(yè)護(hù)理機(jī)構(gòu)數(shù)量較少，護(hù)理機(jī)質(zhì)量良莠不齊，費(fèi)用相對高昂，這些原因都在一定程度上限制了護(hù)理機(jī)在家庭以及醫(yī)院、療養(yǎng)院和養(yǎng)老院等場所的推廣使用。目前，衛(wèi)生清潔裝置大多集中于美國，英國，日本等國外發(fā)達(dá)國家，而且大多數(shù)停留在試驗(yàn)階段，僅有極少數(shù)裝置實(shí)現(xiàn)了協(xié)助病人起床，監(jiān)護(hù)病人狀況等低級智能護(hù)理的應(yīng)用。而我國國內(nèi)更是只局限于以人工為主導(dǎo)的部分衛(wèi)生的清潔，僅在病人大小便清潔護(hù)理方面達(dá)到

27、了自動(dòng)識別與回收，溫水清洗與自動(dòng)烘干等智能功能。但仍尚無不需護(hù)理人員在場的自動(dòng)化程度較高的綜合衛(wèi)生智能清潔裝置的真正研發(fā)，病人及病人家屬的迫切需要未得到充分的滿足。通過調(diào)研與學(xué)習(xí)，結(jié)合現(xiàn)有的護(hù)理機(jī)功能系統(tǒng)，我們創(chuàng)新性的提出并實(shí)現(xiàn)了以“GSM技術(shù)”和“ZigBee技術(shù)”為核心的護(hù)理機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)計(jì)理念，通過使用GSM模塊和無線組網(wǎng)技術(shù)，創(chuàng)造性的實(shí)現(xiàn)了護(hù)理人員不需全程服務(wù)而是遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能，并加強(qiáng)了病人與護(hù)理人員的即時(shí)溝通，從而節(jié)省了大量的人力與物力而且保障了病人的安全。這一設(shè)想的實(shí)現(xiàn)將帶來極大的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益，解放勞動(dòng)力，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。下面是我們對護(hù)理機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)方式。2.調(diào)研

28、2.1調(diào)研思路在調(diào)研過程中，我們注重以方法的有效性以及調(diào)研的合理性為指導(dǎo)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，為了得到可靠的資料，我們決定采取問卷調(diào)查與面對面訪談相結(jié)合的形式。共發(fā)放調(diào)查問卷800份（回收767份），有針對性地與臥床病人、護(hù)理人員進(jìn)行了深入的交流，以更好地了解護(hù)理方面的各種問題。通過對調(diào)研的分析并結(jié)合專業(yè)知識，我們對市面上的護(hù)理機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了護(hù)理機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與報(bào)警功能，解決了諸多問題。2.2 調(diào)研進(jìn)程 在進(jìn)行調(diào)研前夕，我們做出了完善的系統(tǒng)計(jì)劃，以保證整個(gè)調(diào)研過程的順利進(jìn)行，具體如圖1所示。圖1 調(diào)研思路流程圖2.3調(diào)研總結(jié)及市場分析 我們通過市場調(diào)研，對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總并剖析，

29、更深一層地了解到了當(dāng)前護(hù)理機(jī)使用的社會(huì)背景、護(hù)理機(jī)的市場情況及其發(fā)展前景，得出以下幾個(gè)方面。 圖2 實(shí)地調(diào)研訪談 2.3.1臥床病人數(shù)量多與護(hù)理人員數(shù)量少的矛盾老齡化社會(huì)程度加劇 自1999年步入 HYPERLINK /topic/news/laolinghua/index.shtml t _blank 人口 HYPERLINK /topic/news/laolinghua/index.shtml t _blank 老齡化社會(huì)以來，我國日益呈現(xiàn)老年人口基數(shù)大、增長快，高齡化、空巢化等明顯特征，需要照料的失能、半失能老人比例呈高發(fā)態(tài)勢。僅截至2009年底中國1.67億老年人中，80周歲及以上的高

30、齡老人有1899萬。中國目前有失能老人有1036萬、半失能老人有2123萬，他們不同程度地需要提供護(hù)理照料服務(wù)1。表1 1999年后60歲以上老年人口占全國人口比例（注：數(shù)據(jù)來自中國人口普查網(wǎng)）1999年10.01 %2002年10.57 %2005年11.55 %2008年12.25 %2000年10.09 %2003年10.87 %2006年12.19 %2009年12.86 %2001年10.48 %2004年10.97 %2007年12.77 %2010年13.10 %此外，2010年以后，老齡化進(jìn)程不斷加快，每10年依次可能將提高3.5、4.2和5.9個(gè)百分點(diǎn)，2050年，我國65歲

31、及以上老年人口比重可能將達(dá)到23.3。屆時(shí)，我國老年人護(hù)理工作將面臨更嚴(yán)峻的考驗(yàn)2。2）各類殘疾以及癱瘓的人數(shù)不斷上升 我國因各種原因?qū)е職埣采踔涟c瘓的人數(shù)日益增多，他們的日常生活護(hù)理問題也越來越引起社會(huì)的廣泛關(guān)注，其中多數(shù)人無生活自理能力，需要專業(yè)人員的護(hù)理。但是其親屬一般不具備專業(yè)的護(hù)理知識，而專業(yè)護(hù)理人員數(shù)量較少且雇傭成本較高，這對普通家庭來說無疑是一個(gè)沉重的負(fù)擔(dān)。 3）醫(yī)院專業(yè)護(hù)理人員嚴(yán)重缺乏我國護(hù)理行業(yè)發(fā)展緩慢，專業(yè)護(hù)理人員嚴(yán)重缺乏。據(jù)了解，目前日照市有注冊醫(yī)生760多人，注冊護(hù)士280多人，平均每千人口注冊護(hù)士數(shù)為1.24人，醫(yī)生與護(hù)士之間的比例僅為10.3，存在 1300多名護(hù)士

32、的缺口。按照國家衛(wèi)生部的標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)院護(hù)士數(shù)應(yīng)達(dá)到床位與全院護(hù)士比平均為1：0.6，床位與病房護(hù)士比平均為10.2，監(jiān)護(hù)室床位與護(hù)士比平均為12.5的標(biāo)準(zhǔn)，但全國鮮有符合該指標(biāo)的醫(yī)院3。4）家庭護(hù)理負(fù)擔(dān)過重由于社會(huì)福利體系與家庭護(hù)理體系的缺陷，“老病殘”人群的護(hù)理問題給家庭帶來較重的負(fù)擔(dān)，再加上傳統(tǒng)贍養(yǎng)模式的影響，經(jīng)濟(jì)條件的限制以及固有的地緣、親緣情結(jié)等因素，病人大多不愿進(jìn)入專門的護(hù)理機(jī)構(gòu)。目前為止，我國多數(shù)“老病殘”人群一般由家屬照顧，無論從病人自身還是從監(jiān)護(hù)者方面來說，都急需來自專業(yè)醫(yī)療器械等方面的支持和幫助，以緩解他們的壓力。2.3.2現(xiàn)有護(hù)理設(shè)備仍需改進(jìn)針對目前市面上護(hù)理機(jī)所存在的問題，我

33、們對日照市人民醫(yī)院和山東省日照市旭日清潔器械有限公司進(jìn)行了實(shí)地考察與訪問，以下是我們的調(diào)查內(nèi)容與總結(jié)。在日照市人民醫(yī)院，我們發(fā)現(xiàn)市場上的專業(yè)護(hù)理機(jī)在該院中的普及率并不高。具體原因主要有以下幾點(diǎn)：首先，家屬及病人對護(hù)理機(jī)的功能充滿了懷疑；其次，目前我國醫(yī)療糾紛愈演愈烈，醫(yī)院也不敢輕易嘗試新的護(hù)理方式；最后，護(hù)理機(jī)本身也存在著不足，比如醫(yī)院在使用的過程中，必須有人按時(shí)檢查護(hù)理機(jī)的運(yùn)行狀況，無法真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能，也無法遠(yuǎn)距離對護(hù)理機(jī)進(jìn)行操作。針對考察中發(fā)現(xiàn)的問題，然后我們對生產(chǎn)護(hù)理機(jī)的企業(yè)進(jìn)行了考察。其中以山東旭日清潔有限公司為例。在訪談中我們了解到該公司最初的市場定位是老、弱、病、殘人群。但

34、由于開發(fā)技術(shù)不成熟，導(dǎo)致護(hù)理機(jī)成本較高，一般家庭并無能力購買。而且由于護(hù)理機(jī)功能的不完善，護(hù)理機(jī)的大規(guī)模推廣使還存在很大的難度。 圖3 產(chǎn)品展示2.4 市場需求及前景目前全球共有老年人口7.6億，而我國65歲以上的老人已達(dá)到1.5億，占總?cè)丝诘?0%，這說明我國已進(jìn)入社會(huì)老齡化時(shí)代，老年人、殘疾人、重癥病人的護(hù)理問題日益凸顯，很多家庭沒有時(shí)間也沒有能力雇傭?qū)I(yè)的護(hù)理人員。社會(huì)迫切需要一種高效率、高質(zhì)量的智能無人護(hù)理機(jī)來解決這一問題?；诖耍覀儓F(tuán)隊(duì)在傳統(tǒng)護(hù)理機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)的遠(yuǎn)程通信和監(jiān)控系統(tǒng)以很好地解決了這一問題。擁有該系統(tǒng)的護(hù)理機(jī)不僅可以應(yīng)用在家庭中，幫助改善臥床病人的生活，減輕家庭的經(jīng)

35、濟(jì)負(fù)擔(dān)，而且可以應(yīng)用在醫(yī)院、療養(yǎng)院以及養(yǎng)老院等場所，大大減少人力、物力、財(cái)力等方面的占用和消耗。 同時(shí)，我們的項(xiàng)目屬于國家政策扶植類項(xiàng)目，在資金、立項(xiàng)、稅收、人員等方面會(huì)得到相關(guān)方面的支持。目前，我國長期臥床病人的數(shù)量不斷增加，人們的購買能力也會(huì)不斷增強(qiáng)，對具有遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程通信功能的無人護(hù)理機(jī)的需求定然不斷增加。由此可見，我們團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的具有遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程通信功能的無人護(hù)理機(jī)定然有著廣闊的市場前景和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。3.項(xiàng)目技術(shù)路線 系統(tǒng)主要由PIC單片機(jī)主控板4、鍵盤和顯示模塊、傳感變送器模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊、GSM通信模塊(TC35i)和用戶手機(jī)等幾部分組成(圖4)。在原護(hù)理機(jī)主控板（PIC單

36、片機(jī)）的基礎(chǔ)上外擴(kuò)GSM模塊板，利用串行通信方式實(shí)現(xiàn)與護(hù)理機(jī)主控板的通信。上位監(jiān)控PC機(jī)與各下位護(hù)理機(jī)（帶ZigBee模塊的PIC單片機(jī)）的無線組網(wǎng)通信實(shí)現(xiàn)對多臺護(hù)理機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.1基于“GSM技術(shù)”實(shí)現(xiàn)“家庭式無人護(hù)理”功能當(dāng)護(hù)理機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)“污水水位上限報(bào)警”、“清水缺水報(bào)警”等關(guān)鍵檢測信息時(shí)，在GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域，護(hù)理機(jī)GSM模塊（在系統(tǒng)中，護(hù)理機(jī)的GSM模塊板就相當(dāng)于一部手機(jī)）能及時(shí)將報(bào)警信息通過“手機(jī)短信”的形式自動(dòng)發(fā)送到程序設(shè)定的病人監(jiān)護(hù)人的手機(jī)里面，使不在病人身邊的監(jiān)護(hù)人能及時(shí)監(jiān)控護(hù)理機(jī)的關(guān)鍵運(yùn)行信息；當(dāng)需要對護(hù)理機(jī)采取控制措施時(shí)，監(jiān)護(hù)人也通過“手機(jī)

37、短信”的形式發(fā)送給護(hù)理機(jī)，護(hù)理機(jī)接收到手機(jī)短信后，按照編好的程序（利用不同的數(shù)字短信代表執(zhí)行不同的功能）控制護(hù)理機(jī)的相應(yīng)的運(yùn)行操作，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的“家庭無人護(hù)理功能”，給每一個(gè)使用家庭節(jié)省了巨大的護(hù)理費(fèi)用，解決了目前家用護(hù)理機(jī)最迫切需要解決的問題。對于家用式護(hù)理機(jī)，實(shí)現(xiàn)家庭式無人護(hù)理是一個(gè)迫切要求。為此，擬將采用“GSM技術(shù)”實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信功能。GSM系統(tǒng)有幾項(xiàng)重要優(yōu)點(diǎn)：防盜拷能力佳、網(wǎng)絡(luò)容量大、通信清晰、穩(wěn)定性強(qiáng)不易受干擾、信息靈敏、通信死角少。 系統(tǒng)程序運(yùn)行功能：當(dāng)護(hù)理機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)污水水位達(dá)到上限報(bào)警、清水缺水報(bào)警等關(guān)鍵信息時(shí)，在GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域，護(hù)理機(jī)能及時(shí)將報(bào)警信息通過“手

38、機(jī)短信”的形式自動(dòng)發(fā)送到程序設(shè)定的病人監(jiān)護(hù)人的手機(jī)中，同時(shí)監(jiān)護(hù)人也可以通過手機(jī)給護(hù)理機(jī)發(fā)送約定的“協(xié)議指令”來控制護(hù)理機(jī)的運(yùn)行，若監(jiān)護(hù)人無法及時(shí)處理，護(hù)理機(jī)會(huì)根據(jù)報(bào)警指標(biāo)采取相應(yīng)的措施來保護(hù)病人的健康，以避免對病人造成傷害，并把處理方式以短信的形式發(fā)到監(jiān)護(hù)人的手機(jī)中，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的“家庭式無人護(hù)理”功能。監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)問題監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)問題外擴(kuò)GSM模塊板監(jiān)護(hù)人手機(jī)問題以短信形式發(fā)送命令以短信形式發(fā)送警報(bào)信號護(hù)理機(jī)主控制板問題處理方式圖 5 利用“GSM”技術(shù)實(shí)現(xiàn)家用式護(hù)理機(jī)的遠(yuǎn)程通信功能原理圖3.2 基于“ZigBee技術(shù)”實(shí)現(xiàn)對多臺護(hù)理機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能對于醫(yī)院、療養(yǎng)院等群體使用護(hù)理機(jī)的單位

39、，盡量減少護(hù)理人員是他們的一個(gè)迫切要求。為此，擬將采用“ZigBee技術(shù)”實(shí)現(xiàn)“無線組網(wǎng)”功能。ZigBee是近幾年新興的一種低成本無線組網(wǎng)技術(shù)，它具有低速率、低功耗、低成本、網(wǎng)絡(luò)容納節(jié)點(diǎn)數(shù)多等特點(diǎn)，近年來在工業(yè)、醫(yī)療、家居自動(dòng)化、遙測遙控等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。ZigBee網(wǎng)絡(luò)采用了星型連接方式，每個(gè)下位護(hù)理機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)（路由器 ，主要實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)及路由消息的功能)，上位監(jiān)控機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)協(xié)調(diào)器 (負(fù)責(zé)啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，配置網(wǎng)絡(luò)成員地址，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)節(jié)點(diǎn)的綁定關(guān)系表等)，通過初始化配置和編程，使它們組成一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)下位護(hù)理機(jī)（網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)與實(shí)際的監(jiān)控對象相連，實(shí)現(xiàn)與上位監(jiān)控機(jī)

40、的主動(dòng)通訊和信息交流）將實(shí)時(shí)檢測到的數(shù)據(jù)按照規(guī)定的通信協(xié)議發(fā)送到上位監(jiān)控機(jī)，上監(jiān)控機(jī)也能完成對下位機(jī)的配置和巡檢，這樣護(hù)士監(jiān)控站可以實(shí)現(xiàn)一臺上位機(jī)對不同病區(qū)病房的多臺（數(shù)量可相應(yīng)擴(kuò)充）護(hù)理機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，從而實(shí)現(xiàn)“群體式無人護(hù)理”功能。系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)護(hù)理機(jī)信息的采集和集中監(jiān)控，選擇合適的通信方式就顯得至關(guān)重要。其中，無線通信方式是本系統(tǒng)通信方式的重要組成部分，下表2是幾種無線通信方式的比較。表2 幾種無線傳輸方式比較傳輸方式性能紅外線（IrDA）藍(lán)牙無線保真（Wi-Fi）超寬頻（UWB）ZigBee系統(tǒng)開銷大較大大大小電池使用壽命長較短短短最長網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量2730100255/65535覆蓋范圍

41、定向1m10m100m10m1100m傳輸速率16Mbps1Mbps11Mbps500Mbps20250Kbps傳輸介質(zhì)980m紅外2.4GHz射頻2.4GHz射頻高于2.5GHz射頻2.4GHz射頻通過表2比較可以看出，ZigBee技術(shù)相對于紅外線、藍(lán)牙、無線保真、超寬頻技術(shù)，具有系統(tǒng)開銷小、耗電量少、網(wǎng)絡(luò)容量大、安全可靠、通信速率可以滿足一般的低速率數(shù)據(jù)傳輸需求，這些特點(diǎn)使其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，包括家庭和樓宇自動(dòng)化控制、工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)控制以及醫(yī)療等場合。因此，本系統(tǒng)無線傳輸方式采用ZigBee無線傳輸技術(shù)。系統(tǒng)的通信方式主要可分為三部分：一是監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)與ZigBee協(xié)調(diào)器設(shè)備間的通信，可以

42、采用串口或USB兩種通信方式；二是終端設(shè)備與協(xié)調(diào)器的通信，采用ZigBee無線通信方式；三是護(hù)理機(jī)與ZigBee子節(jié)點(diǎn)之間的UART異步串行通信。這三種通信方式的選擇，都充分考慮了實(shí)際需要，對整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、可靠性以及可擴(kuò)展性等有至關(guān)重要的作用。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)， ZigBee網(wǎng)絡(luò)采用了星型連接方式，星形網(wǎng)的控制和同步相對比較簡單，適用于設(shè)備數(shù)量不太大的場合。本系統(tǒng)主要包括帶有ZigBee終端的個(gè)人智能衛(wèi)生護(hù)理機(jī)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和監(jiān)控管理中心。在系統(tǒng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中只能有一個(gè)協(xié)調(diào)器，監(jiān)控管理中心是一臺計(jì)算機(jī)，應(yīng)安有監(jiān)控軟件、打印機(jī)等，以滿足實(shí)際需要。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜

43、的綜合系統(tǒng)，不僅要求終端護(hù)理機(jī)能對病人進(jìn)行較全面的護(hù)理，而且要求能在監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示被監(jiān)控護(hù)理機(jī)的狀態(tài)，以滿足病人和監(jiān)護(hù)人員對系統(tǒng)的要求。因此，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程主要分以下幾點(diǎn)：設(shè)計(jì)滿足病人需求并具有ZigBee采集終端功能的高性能護(hù)理機(jī)。構(gòu)建監(jiān)控中心平臺，設(shè)計(jì)監(jiān)控軟件。通過管理中心協(xié)調(diào)器啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行自組網(wǎng)，完成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的搭建。通過管理中心軟件，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)中護(hù)理機(jī)重要信息的采集、存取和顯示等功能。圖6 基于ZigBee技術(shù)的醫(yī)院護(hù)理機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.3 管理軟件總體功能與設(shè)計(jì)思路隨著社會(huì)信息化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，醫(yī)院及社區(qū)醫(yī)療都希望通過建立數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控體系，來實(shí)現(xiàn)對病人的遠(yuǎn)程

44、護(hù)理。通過建立護(hù)理機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)護(hù)人員可以高效的實(shí)現(xiàn)對病人的監(jiān)護(hù)。本護(hù)理機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件就是一個(gè)遠(yuǎn)程管理與監(jiān)控中心軟件，護(hù)理人員通過操作此軟件，就可監(jiān)視加入到網(wǎng)絡(luò)中的每臺護(hù)理機(jī)的工作狀況，而且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有護(hù)理機(jī)出現(xiàn)異常狀況時(shí)，軟件會(huì)給出明顯提示，并有語音報(bào)警功能。此外，對護(hù)理機(jī)監(jiān)視期間的重要事件，進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)記錄，以方便今后查詢。整個(gè)管理軟件的功能組織結(jié)構(gòu)如圖7所示。圖7護(hù)理機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)管理軟件組織結(jié)構(gòu)本管理軟件功能可劃分為數(shù)據(jù)收發(fā)、信息顯示、網(wǎng)絡(luò)管理、用戶管理、安全控制等模塊。為保證系統(tǒng)功能的可靠性和高效性，設(shè)計(jì)時(shí)采用了多線程處理。為提高數(shù)據(jù)處理效率，減少數(shù)據(jù)丟包，軟件設(shè)計(jì)了單獨(dú)的數(shù)

45、據(jù)接收、發(fā)送線程，在接收到護(hù)理機(jī)數(shù)據(jù)后進(jìn)行相應(yīng)處理，若是工作數(shù)據(jù)則更新數(shù)據(jù)庫，以備主線程顯示，發(fā)送數(shù)據(jù)線程主要用于向護(hù)理機(jī)發(fā)送指令或響應(yīng)。此外，為提高語音部分處理效率，設(shè)計(jì)了單獨(dú)線程處理聲音，將多個(gè)聲音文件根據(jù)條件組合后成為一個(gè)文件然后進(jìn)行播放。4. 利用“GSM技術(shù)”實(shí)現(xiàn)家用式護(hù)理機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控 系統(tǒng)工作時(shí)，PIC單片機(jī)每隔500ms將護(hù)理機(jī)的水溫、風(fēng)溫、流量、清水桶液位下限報(bào)警、收集桶臟物上限報(bào)警、漏電檢測報(bào)警等參數(shù)巡檢一遍。當(dāng)某項(xiàng)檢測參數(shù)發(fā)生報(bào)警時(shí)，護(hù)理機(jī)除了發(fā)出相應(yīng)的聲光報(bào)警提示信息外，同時(shí)還將報(bào)警信息通過GSM模塊以“手機(jī)短信”的形式發(fā)送到程序設(shè)置的監(jiān)護(hù)人的手機(jī)中，提示監(jiān)護(hù)人及時(shí)回家處

46、理。4.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件包括電源模塊設(shè)計(jì)、PIC單片機(jī)主控板電路設(shè)計(jì)、按鍵設(shè)計(jì)、LCD顯示設(shè)計(jì)、傳感器變送器電路設(shè)計(jì)、語音電路設(shè)計(jì)、GSM通信模塊電路設(shè)計(jì)和外圍驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路設(shè)計(jì)等。4.1.1單片機(jī)芯片選擇 由于單片機(jī)與GSM通信模塊(TC35i)之間通過串口通信，考慮到今后還需要與ZigBee模塊進(jìn)行串口通信，所以需要具有至少兩個(gè)串口的MCU；系統(tǒng)需要采集風(fēng)溫、水溫等總共10路檢測參數(shù)；在大小便結(jié)束后進(jìn)行的溫水沖洗和暖風(fēng)烘干過程中，還需要用到多個(gè)定時(shí)器；需要通過PWM方式控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。綜合考慮上述的要求，本系統(tǒng)選采用Microehip(微星)公司的PIC18F877K22單片機(jī)5，

47、其內(nèi)部集成4KB SRAM，128KB EPROM，69位IO，2個(gè)增強(qiáng)型EUSART，24路12位AD轉(zhuǎn)換器，5個(gè)16位定時(shí)器，7個(gè)CCP模塊和3個(gè)ECCP模塊，其資源完全滿足系統(tǒng)需要。4.1.2傳感器變送器接口設(shè)計(jì) 護(hù)理機(jī)用到的傳感器包括風(fēng)溫、水溫、水流量、大小便檢測、收集桶位置、收集桶臟物上限位置、清水桶液位下限位置等參數(shù)的檢測。其中大便采用紅外光傳輸原理，結(jié)合大便成分對紅外光吸收及隔斷機(jī)理來判斷是否有大便排出，小便則通過分析小便對收集座部位電容量的改變判斷是否有小便排出。風(fēng)溫、水溫傳感器采用新型熱敏電阻PT3M-K51F-BLT1傳感器，既適合于測量風(fēng)溫，又適合測量水溫。收集桶內(nèi)臟物位

48、置檢測傳感器有兩個(gè)，一個(gè)是“高位置”檢測傳感器，另一個(gè)是“極限位置”檢測傳感器，當(dāng)臟物位置達(dá)到“極限位置”報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止對大小便的處理，防止臟物溢出。主要的傳感器接口電路如圖8所示。圖8 傳感器接口電路4.1.3語音接口電路設(shè)計(jì) 當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)需要有相應(yīng)的語音提示，語音部分采用了專門的語音處理芯片WT588D-20SS，該芯片功能強(qiáng)大、方便易用。此外，還設(shè)置了專門的存儲(chǔ)器TS25L-16AP，它具有16M NOR Flash，通過與語音芯片配合，可以很好地完成語音提示功能。4.1.4液晶和鍵盤接口電路設(shè)計(jì)為滿足護(hù)理機(jī)手動(dòng)控制需要，設(shè)計(jì)了專用的鍵盤，此鍵盤與CPU接口采用8位IO線并口輸入輸

49、出方式。LCD顯示采用RT12864圖形點(diǎn)陣型液晶顯示模塊，可方便實(shí)現(xiàn)檢測參數(shù)和控制參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示。4.2.5 GSM通信模塊電路接口設(shè)計(jì)1）TC35i模塊介6TC35i模塊是一個(gè)支持短消息服務(wù)(SMS)、數(shù)據(jù)通信和語音通信功能的工業(yè)級GSM模塊，由供電部分、GSM基帶處理器、FLASH閃存、射頻部分、天線和ZIF(零插拔力)連接器等組成(圖9)。圖9 TC35i結(jié)構(gòu)框圖基帶處理器是TC35i的核心，主要處理GSM終端內(nèi)的語音和數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有模擬和數(shù)字功能。TC35i模塊有40個(gè)引腳，通過一個(gè)ZIF連接器引出。這40個(gè)引腳按功能劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入輸出、SIM卡

50、、音頻接口和控制。 2) TC35i模塊接口電路設(shè)計(jì)7TC35i與PIC單片機(jī)和SIM卡的接口都是通過ZIF連接器完成，如圖10所示。本系統(tǒng)中ZIF連接器用到的主要引腳如下：第15引腳是TC35i的工作電壓輸入端VBATT+，推薦電壓為4.2VDC，第610引腳是電源地(GND)。第15引腳是啟動(dòng)腳IGT(Ignition)，低電平有效，本系統(tǒng)外接三極管Q1與PIC18F87K22的IO RC5腳連接，當(dāng)RC5產(chǎn)生大于100ms的高電平時(shí)，啟動(dòng)腳IGT與GND導(dǎo)通而變成低電平，啟動(dòng)GSM模塊。第1623為數(shù)據(jù)輸入輸出，分別為DSR0、RING0、RXDO、TXD0、CTS0、RTS0、DTR0

51、和DCD0。TC35i的數(shù)據(jù)輸入輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合ITU-T RS232接口標(biāo)準(zhǔn)。它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗(yàn)位，比特率在300bps115kbps之間可選，默認(rèn)9600，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。本系統(tǒng)中僅用RXD0、TXD0分別與PIC單片機(jī)的RXD、TXD引腳連接即可，即單片機(jī)與TC35i的通信就是通過這兩條串口線完成的。TC35i使用外接式SIM卡，第2429為SIM卡引CCDET2引腳與ZIF的CCIN引腳相連，用來檢測SIM卡夾持器中的SIM卡是否插好，如果已經(jīng)插好，則CCIN引腳上為高電平，否則為低電平，因此通過單片機(jī)編程讀取ZIF的CCIN引

52、腳電平即可判斷SIM卡是否就緒。CCIO是串行數(shù)據(jù)線，完成TC35i和SIM卡的數(shù)據(jù)輸入和輸出。第32腳為控制腳SYNC，本系統(tǒng)中的功能是指示TC35i的工作狀態(tài)。圖10 TC35i和單片機(jī)、SIM卡接口電路4.2 GSM短信息處理程序設(shè)計(jì)8GSM短信息傳遞本質(zhì)上就是單片機(jī)通過AT指令向監(jiān)護(hù)人手機(jī)發(fā)短信的過程。TC35i短消息模塊有兩種工作模式，用“AT+CMGF=n”命令來設(shè)置，n=0為PDU模式；n=1為文本模式。由于本系統(tǒng)發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)都是基于英文的報(bào)警狀況和命令字，所以n=1。AT+CMGS為選擇消息服務(wù)。下面以“臟物收集桶滿(Dirty Full Alarm)”報(bào)警為例，通過程序說

53、明其實(shí)現(xiàn)過程:While(GSM_Module_Ready) / 當(dāng)檢測到GSM模塊已處網(wǎng)絡(luò)時(shí)if（Dirty_Collection_Full_Alarm）/ 如果“收集桶報(bào)警”發(fā)生，則分別向SIM卡中已存儲(chǔ)的3個(gè)監(jiān)護(hù)人的手機(jī)號碼發(fā)送“Collection Bucket is Full!”報(bào)警短信for(i=1;i上(工作數(shù)據(jù))0XC1：下上(命令響應(yīng))幀序號每次發(fā)送自動(dòng)加1機(jī)器身份碼模塊出廠地址64bit,16字節(jié)風(fēng)溫設(shè)置值1字節(jié)065水溫設(shè)置值1字節(jié)038實(shí)際風(fēng)溫1字節(jié)065入水實(shí)際溫度值1字節(jié)038出水實(shí)際溫度值1字節(jié)038待機(jī)狀態(tài)1字節(jié)其他機(jī)器工作狀態(tài)1字節(jié)時(shí)間高四位1字節(jié)時(shí)間低四位1

54、字節(jié)校驗(yàn)值CRC方式結(jié)束符0X16上位機(jī)對下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的協(xié)議幀共22字節(jié)，如表4所示：表4上位機(jī)對下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)協(xié)議幀起始符數(shù)據(jù)長度幀序號命令字機(jī)器ID校驗(yàn)值結(jié)束符0 x7E包長度減2每次加10 xC2；0 x0116字節(jié)IDCRC校驗(yàn)0 x16 在上位機(jī)對下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，命令字為0 xC2時(shí)表示上位機(jī)對下位機(jī)工作數(shù)據(jù)的響應(yīng)；命令字為0 x01時(shí)，表示上位機(jī)在注冊新護(hù)理機(jī)時(shí)，向新護(hù)理機(jī)發(fā)送的命令。5.3 無線組網(wǎng)通信流程5.3.1上位監(jiān)控PC機(jī)與下位護(hù)理機(jī)的無線組網(wǎng)通信流程上位監(jiān)控PC機(jī)與各下位護(hù)理機(jī)（帶ZigBee模塊的PIC單片機(jī)）的無線組網(wǎng)通信流程為：下位護(hù)理機(jī)上電完成I/O口、串口

55、、中斷、定時(shí)器等的初始化后，可選擇“自動(dòng)”、“手動(dòng)”、“遙控”三種啟動(dòng)方式進(jìn)入相應(yīng)的工作狀態(tài)，上位監(jiān)控PC機(jī)也將自動(dòng)尋找下位護(hù)理機(jī)并將其加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，下位護(hù)理機(jī)根據(jù)工作狀態(tài)，會(huì)按照“通信協(xié)議”（見附錄二）主動(dòng)通過其終端(自身的ZigBee模塊)向ZigBee網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送工作和狀態(tài)數(shù)據(jù)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)中如果有上位機(jī)發(fā)給此下位護(hù)理機(jī)的數(shù)據(jù)，下位護(hù)理機(jī)的終端也會(huì)將數(shù)據(jù)傳遞給護(hù)理機(jī)，護(hù)理機(jī)按協(xié)議判斷接收到的數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)處理。5.3.2 ZigBee終端與護(hù)理機(jī)的通信流程終端HAC-LBee EndDevice/Router模塊與護(hù)理機(jī)的通信采用的是TTL電平下的串行通信方式，護(hù)理機(jī)主控芯片

56、PIC18F87K22，具有非常豐富的資源，其中包括2個(gè)增強(qiáng)型可尋址USART模塊，完全滿足終端模塊與護(hù)理機(jī)通信需要。本系統(tǒng)使用PIC18F87K22單片機(jī)的EUSART2，它與PORTG口RG1、RG2引腳復(fù)用，通過對相關(guān)寄存器設(shè)置，可使用其異步通信功能，其具體硬件連接如圖13所示：圖13 PIC18F87K22與HAC-LBee連接示意圖此處，HAC-LBee 終端模塊需3.3V電壓供電，設(shè)計(jì)時(shí)采用了ASM1117-3.3電源穩(wěn)壓芯片。5V電壓經(jīng)ASM1117-3.3芯片穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的3.3V電壓。電路圖如圖14所示。圖14 ASM1117-3.3電源穩(wěn)壓電路5.3.3協(xié)調(diào)器與管理中心計(jì)

57、算機(jī)的通信流程ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與管理中心計(jì)算機(jī)的通信，是由中心計(jì)算機(jī)經(jīng)USB轉(zhuǎn)串口方式通過電腦USB口與HAC-DEV開發(fā)測試板連接的，也可通過開發(fā)測試板上的串口與帶串口的管理中心計(jì)算機(jī)直接相連來實(shí)現(xiàn)連接。HAC-DEV開發(fā)測試板是HAC-LBee的測試開發(fā)裝置。它能夠直接對 HAC-LBee 系列的模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸測試；也可以連接電腦，通過串口測試軟件HAC Studio對HAC-LBee 系列的模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸測試，或進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。通過電腦USB轉(zhuǎn)串口方式連接時(shí)，USB將同時(shí)為開發(fā)板提供電源。HAC-DEV開發(fā)測試板中，USB轉(zhuǎn)串口芯片用的是CH340，該芯片不僅內(nèi)置收發(fā)緩沖區(qū)，而且

58、支持全雙工串口通信，支持的波特率范圍可以從50bps-2Mbps。USB轉(zhuǎn)串口的電路原理圖如圖15所示。圖15 USB轉(zhuǎn)串口電路當(dāng)以USB方式連接時(shí)，管理中心計(jì)算機(jī)需要安裝USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動(dòng)，并且需要設(shè)置轉(zhuǎn)換后的串口波特率、校驗(yàn)位等，使其與HAC-LBee Coordinator的一致，這樣才能保證硬件連接的成功。圖16是組裝有協(xié)調(diào)器的開發(fā)測試版。在協(xié)調(diào)器與管理中心計(jì)算機(jī)連接成功后，要實(shí)現(xiàn)真正的通信，必須通過管理中心軟件來完成。圖16 組裝有HAC-LBee協(xié)調(diào)器的開發(fā)測試板實(shí)物圖5.4 上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)按照護(hù)理機(jī)的無線遠(yuǎn)程監(jiān)控要求，在上位監(jiān)控機(jī)中需要完成以下功能：設(shè)置系統(tǒng)配置：能完成系統(tǒng)通信

59、端口的配置和使用單位名稱（如醫(yī)院名稱）的動(dòng)態(tài)輸入配置用戶管理配置：管理員（如護(hù)士長）能動(dòng)態(tài)的完成對一般用戶（各個(gè)護(hù)士）的配置（包括用戶名和其登陸密碼），能“注冊”或者“注銷”一般用戶。設(shè)備配置：管理員能動(dòng)態(tài)的向ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)中能動(dòng)態(tài)的“注冊”或者“注銷”護(hù)理機(jī)，其中包括每一臺護(hù)理機(jī)的ID號、所屬科室名稱（如外科、內(nèi)科、小兒科等）、所處病房號和床位號。設(shè)置報(bào)表查詢功能：所有用戶均能點(diǎn)擊“報(bào)表查詢”菜單，能分別按“時(shí)間”、“用戶名”、“床位號”查詢以往所有數(shù)據(jù)庫中記錄的值班期間的所有的監(jiān)測信息。能分別按照“病房號”和“床位號”動(dòng)態(tài)的查詢和顯示某一房間某一床位的護(hù)理機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)作狀態(tài)。當(dāng)下位護(hù)理

60、機(jī)出現(xiàn)報(bào)警或者通信故障時(shí)，需要有精確信息的語音提示。 通過對上位機(jī)監(jiān)控軟件（主界面如圖17）的功能分析，首先確定其由“主線程”、“通信處理線程”、“語音處理線程”等部分組成，然后進(jìn)行各部分功能細(xì)化，再按照模塊化功能用C+build6編程實(shí)現(xiàn)。為提高數(shù)據(jù)處理效率，在通信處理軟件設(shè)計(jì)部分，開辟了單獨(dú)的“數(shù)據(jù)接收線程”和“數(shù)據(jù)處理線程”，處理線程將接收線程接收的下位機(jī)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)處理，并將下位機(jī)工作數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，最后，根據(jù)與上次工作數(shù)據(jù)比較確定是否更新“主線程圖 17 上位機(jī)監(jiān)控軟件主界面目錄樹”。主線程根據(jù)用戶需求，實(shí)時(shí)的從數(shù)據(jù)庫調(diào)取數(shù)據(jù)顯示，同時(shí)主線程還要能完成護(hù)理機(jī)“入網(wǎng)注冊”、“注銷”