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基于ZigBee的医院实时定位系统的设计与实现 　　摘要：随着医院信息化管理的不断发展和完善，对病人、医生、护士、管理人员和重要仪器设备的实时定位的需求也就显得越来越迫切，构建智能化医院已经成为当前的发展趋势。本设计基于ZigBee技术来实现人员和设备的实时定位，大大提高了急诊室、病房的使用率和设备的利用率，具有很强的实用性。 　　关键词：ZigBee；实时定位；物联网；医院 　　中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）28-0271-02 　　ZigBee技术是双向无线通讯技术，特点是短距离、低复杂度、低功耗、低速率和低成本 [1]，可工作在三个频段，包括2.4GHz（全球流行）、868MHz（欧洲流行）和915 MHz（美国流行），传输速率最高可达到250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s [2]。由于ZigBee技术的传输速率非常低，发射功率也只有1mW，并且使用了休眠模式，因此ZigBee的设备很省电。 　　ZigBee协议的网络层支持三种拓扑结构：星型（Star）结构、网状（Mesh）结构和簇树型（Cluster Tree）结构[3]。星型网络可提供很长时间的电池使用寿命。网状网络可有多条传输路径，它具有较高的可靠性。簇树型网络结合了星型和网状型结构，既有较高的可靠性，又节省电池能量。ZigBee设备按功能可分为协调器、路由器和终端节点。协调器的作用是启动网络初始化、规划网络节点和存储各节点信息，路由器的作用是管理每对节点的路由信息，终端节点是网络中的根节点，可以是任意类型的终端设备。 　　1 系统方案设计 　　智能化医院实时定位系统包括人员腕带终端、ZigBee节点、ZigBee到Wi-Fi转换器、监管人员智能终端、无线路由器、ARM控制网关、服务器和管理软件等，能够实现人员实时定位，人员实时呼叫，重症病人身体状况实时监测和报警，贵重（危险）物品实时监测和报警等功能（如图1所示）。 　　2 系统硬件设计 　　本设计硬件包括ZigBee节点（CC2530）和ARM控制网关等设备，将病人、医生、护士、管理人员和便携式仪器设备设计移动的ZigBee节点，路由器（ZigBee协调器）设计成固定的ZigBee节点，ARM控制网关设备要有ZigBee节点和ZigBee到Wi-Fi转换器。 　　2.1 ZigBee节点 　　在本设计中，ZigBee节点选用CC2530芯片[4]，以此来搭建医院的实时定位网络。CC2530结合了RF收发器的良好性能，行业标准的增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和其他众多的功能。CC2530拥有多种运行模式，能够适应极低功耗需求的系统。快速切换的运行模式也能够进一步降低了能源消耗。CC2530芯片特性具有强大的地址识别、数据包处理引擎、射频特性和低功耗特性，具有很强大的网络节点功能，适应2.4GHZ的IEEE 802.15.4的RF收发器；极高的接收灵敏度和抗干扰性能，可编程的输出功率高达4.5dBm；在无外加功放且电路完全匹配的情况下，通信距离可达百米以上；电源电压范围为2 ～ 3.6 V，最低工作电压仅需2 V，且具有4 种电源运行模式，转换时间短，非常适合需要超低功耗运行的系统。 　　2.2 ARM控制网关 　　在本设计中，ARM控制网关使用samsung公司的S5PV210 处理器。S5PV210处理器配备了ARM CortexTM-A8内核，ARM V7指令集，主频可达到1GHZ，64/32位内部总线结构，32/32KB的数据/指令一级缓存，512KB的二级缓存，可实现2000DMIPS（每秒运算2亿条指令集）的高性能运算能力；S5PV210具有很多强大的硬件编解码功能，内建MFC（Multi Format Codec），支持MPEG-1/2/4，H.263，H.264等格式视频的编解码，支持模拟/数字TV输出。JPEG硬件编解码，最大支持8000x8000分辨率，内建高性能PowerVR SGX540 3D图形引擎和2D图形引擎，支持2D/3D图形加速。同时还具有1080P高清解码引擎，能够输出1080P/30fps的高清视频，带有HDMI 1.3输出，可以将高清视频输出到外部显示器上；S5PV210处理器具有丰富的外围接口。 　　在本设计中，ARM网关采用了如下模块：电源管理模块、复位电路模块、调试电路模块、存储模块、以太网模块、USB接口模块和串口模块。报警器、协调器和摄像头等通过USB和串口来扩展。 　　3 软件设计 　　3.1 定位原理 　　CC2530芯片的硬件定位引擎与软件的定位方法相比，有明显的优势，比如高速、精准，不占用处理器时间等[5]。该硬件定位引