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基于ZigBee的无线医疗监护系统设计

摘要：zigbee技术是一种短距离、低速率、低功耗、网络容量大

且具有自组织自愈功能的无线通讯技术[1]。该文提出了一种基于

zigbee技术的无线医疗监护系统解决方案，系统硬件平台基于ti

公司的cc2530芯片，软件平台基于ti公司的z-stack协议栈。温

度及脉搏传感器采集人体的生理数据，通过gprs（通用无线分组业

务）及ethernet（以太网）传输，最终实现医院对患者生理信息的

远程采集和诊断。

关键词：zigbee；cc2530；z-stack；医疗监护

中图分类号：tp311文献标识码：a文章编号：1009-3044（2013）

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传统的医疗监护方式都是由固定的医院、专门的医生、专业的护

士来完成，这种监护方式不仅占用了紧缺的医疗资源，而且监护设

备的有线束缚给患者带来很大的不便，医院的信息化建设并不能实

时地采集病人的生理数据并处理和监护，将物联网技术应用于医疗

信息化将会有效提高医院的服务质量，提升国民健康水平。zigbee

技术是一种新兴的低成本、低功耗、低速率、短距离的无线网络技

术。基于zigbee技术可构建无线医疗监护系统，克服传统有线网

络的缺点，且系统容量大、支持星型、树型以及网状网的网络拓扑

结构[2]。

1系统整体设计

在该系统中，通过zigbee技术构成了一个无线传感器监护网络，

传感器节点上使用中央控制器对所需要测量的生理指标传感器进

行控制及数据采集，通过zigbee网络将数据发送至网关设备，再

通过gprs及ethernet网络将数据传输到远程医疗监护中心，由专

业医疗人员对数据进行统计观察，提供必要的咨询服务和医疗指

导，实现远程医疗。基于zigbee的无线医疗监护系统体系结构如

图1所示。

2系统硬件设计

2.1网关模块

网关模块主要由处理器cpu、gprs通信模块、zigbee收发模块和

电源模块构成。其中cpu可以采用基于cortex-m0内核的lpc1200

系列微控制器，该控制器具有2个uart，128kb的片内flash存储

器和8k的数据存储器，并且可以使用嵌入式操作系统，功能十分

强大。gprs模块使用华为公司的em310gsm模块，此模块内置了

tcp/ip协议栈，可以实现zigbee网络和以太网的数据通信。zigbee

模块的芯片采用的是ti公司的cc2530，ti公司有免费的zigbee

协议栈zstack，对于使用开发zigbee网络十分方便，且嵌入了8051

内核，单片cc2530即可实现节点的基本功能，具体的硬件构成如

图2所示。

2.2数据采集模块

数据采集模块采用的是基于ieee802.15.4的cc2530无线收发芯

片及传感器组成。cc2530主要是用来实现网络节点之间、节点与网

关之间的无线通信，它完全支持zigbee组网协议，具有传输速率

高、传输距离远以及低功耗等优点，同时还有如下特征：1）rf的

频带宽度在2394mhz-2507mhz完全适应2.4ghzieee802.15.4的rf

收发频段并采用直接序列扩频（dsss）扩频技术；2）极高的接收

灵敏度（-97dbm）和抗干扰性强；3）只要极少的外围元件就满足

网状网络系统的需要；4）低功耗主动rx空闲为24ma，tx在1dbm

为29ma；5）低电压供电2v-3.6v；6、支持zigbee2007/pro的协

议标准。主要由传感器模块、处理器模块、无线通信模块以及电源

模块组成[3]，基本组成如图3所示。

传感器采用的是hk-2000a脉搏传感器和数字型温度传感器

ds18b20。基于pvdf压电膜的hk-2000a型集成化脉搏传感器来采

集脉搏信号，它是一个集成化的传感器，将pvdf压电膜、感温元

件、灵敏度温度补偿元件、信号调理电路等都集成在传感器的内部

[4]。它具有完善的信号调理功能，我们在使用时不需要再加滤波

处理等电路。hk-2000a脉搏传感器输出同步于心脏搏动的脉冲信

号，可用于脉搏数据的实时采集。它的工作电压是3～12v的直流

电压，压力量程为-50～+300mmhg。当它的电压加上1.5v大于vcc

时，输出高电平，当其电压小于0.2v时，输出低电平。它还具有

抗干扰性能