基于ZigBee和LabVIEW的空巢老人看護系統(tǒng)研究

覃傳妹 謝聰

摘要： 青壯年人士迫于生計或工作壓力整日奔波在外導致老人獨守“空巢”，已成為社會常態(tài)，所以老人因犯病不被及時發(fā)現(xiàn)并救治的事例不計其數(shù)。為了攻克這項社會難題，各式各樣的老人遠程看護系統(tǒng)應運而生。本課題所研究的內(nèi)容是空巢老人遠程看護系統(tǒng)，通過ZigBee無線網(wǎng)絡傳感技術(shù)采集并傳輸居家老人的生命體征參數(shù)，再用LabVIEW的網(wǎng)絡通信技術(shù)將以上參數(shù)發(fā)送到遠程客戶端，以便隨時觀察老人身體情況，發(fā)現(xiàn)問題及時送醫(yī)救治。

關(guān)鍵詞：ZigBee ?LabVIEW ?空巢老人 ?遠程看護 ?生命體征參數(shù)

引言

如何養(yǎng)老成為一個全社會面臨的大問題。國務院印發(fā)的《中國老齡事業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，指出到2030年全國老年人口規(guī)模將會翻一番，老齡事業(yè)發(fā)展任重道遠。本項目通過Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)、LabVIEW應用技術(shù)，搭建一個供親屬和社區(qū)醫(yī)院遠程監(jiān)護空巢老人心電、溫度、血氧飽和度（SaO2 ）、血壓等生命體征的健康服務系統(tǒng)，當系統(tǒng)監(jiān)測到以上體征不在正常范圍內(nèi)時，能及時提醒親屬和社區(qū)醫(yī)院注意，采取適當?shù)拇胧?，減少生命危險情況的發(fā)生。因此造價低而又能夠全方位給老人以呵護的健康管理平臺是亟需的，這能使我們社會以及現(xiàn)代外出工作的年輕人能夠通過這么一個平臺來共同為父母的健康保駕護航。同時作為子女的我們，也少一份愧疚感，多一份對父母的關(guān)心，最重要的是讓普通家庭的空巢老人也多一份健康保障，因此該項目研究意義重大。

1系統(tǒng)硬件部分

1.1系統(tǒng)整體架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，ZigBee終端節(jié)點有三個，分別是人體溫度無線傳感器節(jié)點、脈搏心率監(jiān)測節(jié)點、血壓監(jiān)測節(jié)點、血氧飽和度節(jié)點，ZigBee協(xié)調(diào)器，裝有LabVIEW軟件的PC機，遠程客戶端設備。ZigBee協(xié)調(diào)器是整個網(wǎng)絡的主控節(jié)點，負責發(fā)起網(wǎng)絡，設定網(wǎng)絡參數(shù)，管理網(wǎng)絡中的節(jié)點以及存儲網(wǎng)絡中的節(jié)點信息等，在網(wǎng)絡形成后可充當路由器，實現(xiàn)人體生理信息無線監(jiān)控終端和監(jiān)控中心的相互通訊。利用當下流行的低能耗、低成本的Zigbee無線通信技術(shù)，構(gòu)建無線傳感器節(jié)點，制作成輕巧的佩戴裝置讓空巢老人攜帶，可采集老人的心電、溫度、血糖、血壓等生命體征參數(shù)，通過ZigBee收發(fā)器傳送數(shù)據(jù)給Zigbee協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器用串口通信線與PC機連接，用于傳輸參數(shù)到上位機，PC機上的LabVIEW虛擬軟件把采集到的參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫，并描繪出內(nèi)各項生命體征參數(shù)一段時間內(nèi)的曲線圖，遠程客戶端如社區(qū)醫(yī)院管理系統(tǒng)可以訪問LabVIEW的Web服務器，觀察老人一段時間內(nèi)生命體征參數(shù)的變化情況，及時發(fā)現(xiàn)問題，聯(lián)系老人親屬提早干預，當出現(xiàn)體征參數(shù)偏離正常值時，社區(qū)醫(yī)院管理系統(tǒng)發(fā)出緊急警報，親屬手機也會有手段短信提醒。親屬和社區(qū)醫(yī)院雙方監(jiān)測，達到雙重保障。

1.2系統(tǒng)硬件設計

本課題直接選用家用的PC機作為處理器，運用PC機上LabVIEW虛擬軟件的強大功能，對數(shù)據(jù)進行采集和處理、保存并顯示，還可以充當服務器用。LabVIEW是一種G語言，開發(fā)難度低、速度快、成本低。其可調(diào)用微軟數(shù)據(jù)庫，保存龐大的數(shù)據(jù)。通過其自帶的Web服務器，可以遠程訪問現(xiàn)場數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，這有利于遠程社區(qū)醫(yī)院及時掌握老人的生命特征參數(shù)。

ZigBee網(wǎng)絡選用TI的CC2530芯片組網(wǎng)，在系統(tǒng)中起到射頻收發(fā)的作用，其內(nèi)部自帶8051微處理器進行數(shù)據(jù)采集和處理，終端節(jié)點還包括傳感器。體溫傳感器選用M601芯片， 精度±0.1°C ，利于多點組網(wǎng)尋址，功耗低，用于人體表皮測溫較靈敏、精確度高，適合用于可穿戴體溫測量裝置。本芯片在疫情防控期間的測溫系統(tǒng)中使用率高，給疫情防控工作起到很大的推動作用。脈搏跳動次數(shù)可以反映心率快慢，人的生命體征不穩(wěn)定心率變化最迅速，所以對脈搏的監(jiān)測很重要，本課題選用懸臂梁結(jié)構(gòu)的全橋應變片式傳感器測量脈搏，脈搏跳動會使傳感器彈性元件發(fā)生微小形變，使貼在彈性元件上的應變片發(fā)生細微變形從而其電阻發(fā)生變化，引起轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓發(fā)生變化，電壓經(jīng)過放大濾波供節(jié)點處理器采集，應變片反應靈敏適合用來測量跳動快的脈搏。血氧飽和度的測量可以判斷人體呼吸系統(tǒng)是否存在障礙，本課題選用反射式光電傳感器，依據(jù)朗伯比爾定律，從光源發(fā)射出的光，一部分被皮膚組織吸收，另一部分由血液漫反射回來，另外還有一部分透射出去，而發(fā)射回來的光能精確反應出血管內(nèi)容積變化，根據(jù)變化多少計算出血氧飽和度。

1.3系統(tǒng)軟件設計流程

ZigBee是基于IEEE802.15.4的局域網(wǎng)協(xié)議，其組網(wǎng)步驟一般如下：初始化ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點及其協(xié)議層，啟動ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點，寫入啟動模式、設備類型、信標事件和超幀長度等參數(shù)，根據(jù)以上參數(shù)與服務器建立ZigBee網(wǎng)絡，網(wǎng)絡建成后，協(xié)調(diào)器負責與終端各節(jié)點通信，終端節(jié)點收到協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器發(fā)來的命令時，終端節(jié)點做出相應的操作后將結(jié)果發(fā)回給協(xié)調(diào)器，使終端節(jié)點加入網(wǎng)絡。程序流程圖如圖2所示。

2總結(jié)

本項目有諸多亮點，如應用 Zigbee 無線通信技術(shù)，它組成的終端節(jié)點體積小，節(jié)點攜帶的微處理器信息存儲容量大， 2節(jié)5號電池能夠滿足其待機模式下工作半年以上所以功耗低，加網(wǎng)速度在30ms左右，射頻段是免費的2.4GHz。在物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸系統(tǒng)中處于優(yōu)勢。

參考文獻：

[1] 潘永友.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的養(yǎng)老院管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].杭州：杭州電子科技大學，2013.

[2] 苗素貞，彭平.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的社區(qū)養(yǎng)老管理系統(tǒng)的研究[J].廣東技術(shù)師范學院學報，2014（3）：16.

基金項目：2017年度廣西壯族自治區(qū)中青年教師基礎(chǔ)能力提升項目《基于ZigBee的空巢老人看護系統(tǒng)設計》（編號：2017KY1305）階段性研究成果。

作者簡介：覃傳妹（1987.10～），女，廣西大學行健文理學院實驗師，研究方向：控制工程。謝聰，廣西大學行健文理學院講師。