3.2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和上位機(jī)

　　網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)者，向下與無線傳感器通信，向上與上位機(jī)通信。負(fù)責(zé)組建網(wǎng)絡(luò)，接收終端發(fā)送的數(shù)據(jù)，同樣以CC2530 為核心設(shè)計(jì)接收端，CC2530 接收完數(shù)據(jù)后通過串口將其上傳給上位機(jī)，使監(jiān)護(hù)中心能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測病人的生理參數(shù)，如圖6 所示。

　　圖6 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與上位機(jī)結(jié)構(gòu)圖

　　網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與上位機(jī)采用串口方式進(jìn)行通信。為使單片機(jī)與上位機(jī)通信電平保持一致，采用MAX232芯片完成單片機(jī)與上位機(jī)的雙向電平轉(zhuǎn)換。MAX232 內(nèi)部有電壓倍增電路和轉(zhuǎn)換電路，而且僅需+5 V 電源便可工作，使用十分方便，它與單片機(jī)連接時(shí)可以采用最簡單的方式連接。

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　整個(gè)系統(tǒng)的軟件采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，主要由脈搏采集與處理、ZigBee 網(wǎng)絡(luò)和串口通信三部分組成。

　　4.1 脈搏采集與處理

　　程序由主程序、外部中斷服務(wù)程序、定時(shí)器中斷服務(wù)程序和數(shù)據(jù)處理程序組成。從中斷口輸入的脈搏脈沖信號(hào)作為外部中斷請(qǐng)求信號(hào)，外部中斷采用下降沿觸發(fā)的方式。程序采用測脈沖周期的方法進(jìn)行測量，即用脈沖來控制計(jì)時(shí)信號(hào)，通過檢測10 次脈沖周期求平均，再換算成1 min 脈搏的次數(shù)，從中斷口每輸入10 個(gè)脈沖信號(hào)刷新1 次脈搏次數(shù)。脈搏采集流程如圖7 所示。

　　圖7 脈搏采集流程圖

　　4.2 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)

　　ZigBee 網(wǎng)絡(luò)支持3 種類型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： 星形結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和樹形狀結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)使用星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多個(gè)無線傳感器與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的通信，多個(gè)無線傳感器進(jìn)行組網(wǎng)，通過協(xié)調(diào)器來管理網(wǎng)絡(luò)，以達(dá)到配置和控制無線傳感器的目的。在星形網(wǎng)絡(luò)中，無線傳感器只與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，為實(shí)現(xiàn)這一功能，協(xié)調(diào)器必須先組建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，這樣無線傳感器掃描的時(shí)候才可以找到網(wǎng)絡(luò)，找到網(wǎng)絡(luò)后無線傳感器再進(jìn)行入網(wǎng)請(qǐng)求。如果協(xié)調(diào)器響應(yīng)了入網(wǎng)請(qǐng)求，則無線傳感器才可以成功入網(wǎng)，并且發(fā)送綁定請(qǐng)求。若協(xié)調(diào)器發(fā)送允許綁定并被終端節(jié)點(diǎn)收到，則可以實(shí)現(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器的通信了。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器將有效數(shù)據(jù)通過串口上傳監(jiān)護(hù)中心，從而實(shí)現(xiàn)病人生理參數(shù)的采集和分析。無線傳感器和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的工作流程分別如圖8和9 所示。

　　圖8 無線傳感器工作流程圖 圖9 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器工作流程

　　5 實(shí)驗(yàn)測試

　　根據(jù)設(shè)計(jì)的基于ZigBee 技術(shù)的可穿戴傳感器監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，本文對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初步測試。隨機(jī)挑選一病人對(duì)他的生理參數(shù)進(jìn)行檢測，為了測試數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)挠行?，每隔一段時(shí)間，通過上位機(jī)讀取病人的生理參數(shù)。同時(shí)，為了測試系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，將系統(tǒng)測量的結(jié)果與傳統(tǒng)有線方式的測量結(jié)果進(jìn)行比較。部分生理參數(shù)測量情況如表1、表2 所示。

　　表1 體溫測量數(shù)據(jù)

　　表2 脈搏測量數(shù)據(jù)

　　從表1 體溫測量數(shù)據(jù)可以看出，系統(tǒng)能采集病人生理參數(shù)并無線傳輸，驗(yàn)證了系統(tǒng)無線傳輸功能的有效性； 同時(shí)系統(tǒng)測量的體溫?cái)?shù)據(jù)與體溫計(jì)的結(jié)果基本上一致，說明系統(tǒng)對(duì)體溫的測量有較高的準(zhǔn)確性。從表2 脈搏測量數(shù)據(jù)可以看出，系統(tǒng)測量的數(shù)據(jù)與血壓計(jì)測量的數(shù)據(jù)存在2% 左右的差距，不會(huì)影響醫(yī)護(hù)人員的正確決策，符合實(shí)際要求。

　　實(shí)驗(yàn)表明，本系統(tǒng)能以較高的精度采集病人生理參數(shù)并完成數(shù)據(jù)的有效傳輸，較好地完成了對(duì)病人的無線監(jiān)護(hù)。

　　6 結(jié)論

　　以無線通信模塊CC2530為核心，基于ZigBee可穿戴傳感器的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了病人生理參數(shù)的采集、無線傳輸和顯示。系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想和高集成度的CC2530 小規(guī)模通信模塊，不僅體積緊湊，而且減少了芯片的使用，保證了系統(tǒng)的微型化。利用ZigBee 協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸，從而實(shí)現(xiàn)了醫(yī)療監(jiān)護(hù)的無線化。系統(tǒng)集成了多種類型的傳感器，能完成各種生理參數(shù)的測量，功能多。

　　另外，系統(tǒng)預(yù)留了多個(gè)擴(kuò)展接口，方便醫(yī)療傳感器的接入，擴(kuò)展性強(qiáng)。當(dāng)然，對(duì)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷還是依靠醫(yī)護(hù)人員的經(jīng)驗(yàn)。這還需要依據(jù)專家知識(shí)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的融合，為醫(yī)護(hù)人后時(shí)間。因此如何設(shè)計(jì)更加優(yōu)異的制粒機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)以及更加合理、更加理想的控制算法，有待于進(jìn)一步的探索與研究。