基于ZigBee的無線輸液監控方案

在醫療系統中，病人在輸液過程中的監控問題，一直是護士和病人關心的問題，一但監控失誤就會使空氣進入人體的血液系統，造成嚴重的后果，甚至會使患者死亡。現有的控制系統，多采用有線技術進行檢測傳感器網絡的組建。這類方案的特點是擴展性能差、布線繁瑣、移動性能差。由于采用硬線連接，線路容易老化或遭到腐蝕、磨損，故障發生率較高。采用無線傳輸方式構建的無線傳感器網絡恰好可以避免這些問題。相對而言，無線的方式比較靈活，避免了重新布線的麻煩，網絡的基礎設施不再需要隱藏在墻里，無線網絡可以適應移動或變化的需要；但是，無線通信技術在醫院輸液監控領域的應用相對較少。這主要是因為目前沒有一項無線通信技術適合在醫院輸液監控領域進行廣泛地推廣，而且現有的無線通信產品的價格偏高，導致無線通信技術在醫療監控系統的應用停滯不前。ZigBee技術的出現就解決了這些問題。將無線ZigBee傳感器網絡和自動控制相結合，可以有效地實現醫院輸液監控系統的設計。正是由于ZigBee技術具有功耗極低、系統簡單、組網方式靈活、成本低、等待時間短等性能，相對于其他無線網絡技術，它更適合于組建醫療監控網絡，實現無線網絡監控。

　　1　系統方案設計

　　1.1　點滴速度與儲液面檢測

　　采用紅外光電傳感器測量點滴速度。當液滴滴下時，紅外光電傳感器發射的光透過液滴后強度發生變化，光電接收管接收強度變化的光信號后輸出變化的電壓信號，此電壓信號經過放大、整形后被轉化為TTL電平信號，送單片機計數來測量點滴速度。該傳感器具有體積小、靈敏度高、線性好等特點，其外圍電路簡單，性能穩定可靠。

　　采用電容傳感測液位。在儲液瓶的瓶身正對著貼兩片金屬薄片作為傳感電容，儲液液面下降，電容兩極之間的介電常數減小，電容值隨之減小，經過電容/電壓變換器后輸出電壓上升。當儲液液面降到警戒線時，轉換電壓高于回差比較器閥值電壓，比較器翻轉輸出開關信號。C/V變換電路具有優良的線性度，較高的變換靈敏度與抗干擾性能。

　　1.2　無線傳輸模塊

　　從網絡節點邏輯功能上，ZigBee設備可以分為終端設備（enddevice）、路由節點（router）、網絡協調器（PANco-ordinator）；從設備的功能性上區分，可以分為全功能設備FFD（FullFunctionDevice）和簡約功能設備RFD（Re-ducedFunctionDevice）［4］。其中，全功能設備可以充當網絡協調器、路由結點或終端設備，而簡約功能設備只能充當終端設備節點。因此，從網絡邏輯結構上分析，ZigBee醫療監控系統內的數據集中器是ZigBee網絡中的網絡協調器；數據集中點是路由節點；無線傳感器是終端節點，根據傳感器安置的位置，也可設為路由節點。一個ZigBee網絡最多支持65535個節點，完全可以滿足需要。

　　2　系統硬件設計及工作原理

　　2.1　數據接收端

　　數據接收端使用相同的無線收發模塊，并利用RS232異步串口與PC機通信。其功能相當于一個接入點，一方面將主機向數據采集端發送的控制信號以無線的方式發射出去，另一方面接收采集數據并上傳給主機。系統結構如圖1所示。

　　圖1　系統結構圖