基于zigbee的醫(yī)院實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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1、基于ZigBee的醫(yī)院實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)　　摘要：隨著醫(yī)院信息化管理的不斷發(fā)展和完善，對(duì)病人、醫(yī)生、護(hù)士、管理人員和重要儀器設(shè)備的實(shí)時(shí)定位的需求也就顯得越來(lái)越迫切，構(gòu)建智能化醫(yī)院已經(jīng)成為當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)基于ZigBee技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)人員和設(shè)備的實(shí)時(shí)定位，大大提高了急診室、病房的使用率和設(shè)備的利用率，具有很強(qiáng)的實(shí)用性?！　￡P(guān)鍵詞：ZigBee；實(shí)時(shí)定位；物聯(lián)網(wǎng)；醫(yī)院　　中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044（2016）28-0271-02　　ZigBee技術(shù)是雙向無(wú)線通訊技術(shù)，特點(diǎn)是短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率和

2、低成本[1]，可工作在三個(gè)頻段，包括2.4GHz（全球流行）、868MHz（歐洲流行）和915MHz（美國(guó)流行），傳輸速率最高可達(dá)到250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s[2]。由于ZigBee技術(shù)的傳輸速率非常低，發(fā)射功率也只有1mW，并且使用了休眠模式，因此ZigBee的設(shè)備很省電?！　igBee協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層支持三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型（Star）結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀（Mesh）結(jié)構(gòu)和簇樹(shù)型（Cluster5Tree）結(jié)構(gòu)[3]。星型網(wǎng)絡(luò)可提供很長(zhǎng)時(shí)間的電池使用壽命。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可有多條傳輸路徑，它具有較高的可靠性。簇樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)合了星型和網(wǎng)狀型結(jié)

3、構(gòu)，既有較高的可靠性，又節(jié)省電池能量。ZigBee設(shè)備按功能可分為協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器的作用是啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)初始化、規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)各節(jié)點(diǎn)信息，路由器的作用是管理每對(duì)節(jié)點(diǎn)的路由信息，終端節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中的根節(jié)點(diǎn)，可以是任意類型的終端設(shè)備?！　?系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)　　智能化醫(yī)院實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)包括人員腕帶終端、ZigBee節(jié)點(diǎn)、ZigBee到Wi-Fi轉(zhuǎn)換器、監(jiān)管人員智能終端、無(wú)線路由器、ARM控制網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器和管理軟件等，能夠?qū)崿F(xiàn)人員實(shí)時(shí)定位，人員實(shí)時(shí)呼叫，重癥病人身體狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警，貴重（危險(xiǎn)）物品實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警等功能（如圖1所示）?！　?系統(tǒng)硬件

4、設(shè)計(jì)　　本設(shè)計(jì)硬件包括ZigBee節(jié)點(diǎn)（CC2530）和ARM控制網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，將病人、醫(yī)生、護(hù)士、管理人員和便攜式儀器設(shè)備設(shè)計(jì)移動(dòng)的ZigBee節(jié)點(diǎn)，路由器（ZigBee協(xié)調(diào)器）設(shè)計(jì)成固定的ZigBee節(jié)點(diǎn)，ARM控制網(wǎng)關(guān)設(shè)備要有ZigBee節(jié)點(diǎn)和ZigBee到Wi-Fi轉(zhuǎn)換器?！　?.1ZigBee節(jié)點(diǎn)　　在本設(shè)計(jì)中，ZigBee節(jié)點(diǎn)選用CC2530芯片[4]，以此來(lái)搭建醫(yī)院的實(shí)時(shí)定位網(wǎng)絡(luò)。CC2530結(jié)合了RF收發(fā)器的良好性能，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KBRAM和其他眾多的功能。CC2530擁有多種運(yùn)行模式，能夠適

5、應(yīng)極低功耗需求的系統(tǒng)。快速切換的運(yùn)行模式也能夠進(jìn)一步降低了能源消耗。CC2530芯片特性具有強(qiáng)大的地址識(shí)別、數(shù)據(jù)包處理引擎、射頻特性和低功耗特性，具有很強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能，適應(yīng)2.4GHZ的IEEE5802.15.4的RF收發(fā)器；極高的接收靈敏度和抗干擾性能，可編程的輸出功率高達(dá)4.5dBm；在無(wú)外加功放且電路完全匹配的情況下，通信距離可達(dá)百米以上；電源電壓范圍為2～3.6V，最低工作電壓僅需2V，且具有4種電源運(yùn)行模式，轉(zhuǎn)換時(shí)間短，非常適合需要超低功耗運(yùn)行的系統(tǒng)?！　?.2ARM控制網(wǎng)關(guān)　　在本設(shè)計(jì)中，ARM控制網(wǎng)關(guān)使用samsung公司的S5P

6、V210處理器。S5PV210處理器配備了ARMCortexTM-A8內(nèi)核，ARMV7指令集，主頻可達(dá)到1GHZ，64/32位內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)，32/32KB的數(shù)據(jù)/指令一級(jí)緩存，512KB的二級(jí)緩存，可實(shí)現(xiàn)2000DMIPS（每秒運(yùn)算2億條指令集）的高性能運(yùn)算能力；S5PV210具有很多強(qiáng)大的硬件編解碼功能，內(nèi)建MFC（MultiFormatCodec），支持MPEG-1/2/4，H.263，H.264等格式視頻的編解碼，支持模擬/數(shù)字TV輸出。JPEG硬件編解碼，最大支持8000x8000分辨率，內(nèi)建高性能PowerVRSGX5403D圖形引擎和2

7、D圖形引擎，支持2D/3D圖形加速。同時(shí)還具有1080P高清解碼引擎，能夠輸出1080P/30fps的高清視頻，帶有HDMI1.3輸出，可以將高清視頻輸出到外部顯示器上；S5PV210處理器具有豐富的外圍接口?！　≡诒驹O(shè)計(jì)中，ARM網(wǎng)關(guān)采用了如下模塊：電源管理模塊、復(fù)位電路模塊、調(diào)試電路模塊、存儲(chǔ)模塊、以太網(wǎng)模塊、USB接口模塊和串口模塊。報(bào)警器、協(xié)調(diào)器和攝像頭等通過(guò)USB和串口來(lái)擴(kuò)展。　　3軟件設(shè)計(jì)　　3.1定位原理5　　CC2530芯片的硬件定位引擎與軟件的定位方法相比，有明顯的優(yōu)勢(shì)，比如高速、精準(zhǔn)，不占用處理器時(shí)間等[5]。該硬件定位引擎的主

8、要工作原理如下：確定3～8個(gè)參考節(jié)點(diǎn)，采集數(shù)據(jù)，并使用這些數(shù)據(jù)計(jì)算出定位的位置，可保證達(dá)到耗時(shí)少于40μs，定位范圍在64