基于Zigbee的病房护理机远程监控系统的设计与实现

摘要：文章以PIC单片机为下位机控制器，利用Zigbee无线自组网络技术，采用C++build6编程，设计并实现了一种通用性高、管理功能强的医院病房护理机远程监控系统，实现了护理机的“无人护理”功能，在很大程度上解决了我国目前陪护人员紧缺和护理费用高昂的难题，具有很大的经济效益和社会效益。
关键词：ZigBee；PIC单片机；远程监控；C++builder；Access数据库

0 引言
当今社会中存在着一种因失去生活自理能力而长期卧床的弱势群体，他们因高龄、伤、病、残等原因需要被人照顾。然而由于该弱势群体数量大，护理人员紧缺，护理费用高等问题导致目前的社会护理矛盾日益凸显。目前市场上的护理机在“智能护理”方面已比较完善，已经具有大小便自动识别与脏物回收、温水清洗与自动烘干等功能。但在使用过程中仍然需要专门的“陪护人员”，这将占用家庭和医院大量的人力和财力，同时也限制了护理机在医院的推广使用，因此社会迫切需要一种在现有护理功能的基础上能够实现“无人护理”功能的新型智能护理机。本文以PIC18F87K22单片机为护理机控制器，利用ZigBee自组网络技术，采用C++Build6编程，设计并实现了一种通用性高、管理功能强的医院病房护理机远程监控系统，实现了护理机的“无人护理”功能，解决了我国目前陪护人员的紧缺和高昂护理费用的问题，具有很大的经济效益和社会效益。

1 护理机的Zigbee无线组网设计
ZigBee是近几年新兴的一种无线传输技术，它具有低功耗、低成本、网络容纳节点数多等特点，近年来在工业、医疗、家居自动化、遥测遥控等领域得到了广泛的应用。本系统选用深圳市华奥通通信技术有限公司研发生产的HAC-Lbee ZigBee无线数传模块作为ZigBee组网的核心器件，其主要特点有：1)提供TTL电平／UART接口，符合一般器件直接使用要求；2)工作在2．4GHz的免执照频段，无线传输速率可达250kb ps；3)具有16个通信信道可供选择；4)具有自动组网功能。其主要功能引脚如表1所示。

1．1 ZigBee模块与PIC单片机接口设计
ZigBee模块与PIC单片机的通信采用TTL电平下的串行通信方式(图1)，即ZigBee模块的TXD、RXD分别与PIC18F87K22的RX2、TX2对应相连。ZigBee模块在系统中的工作模式为透明模式+AT命令模式，当按透明模式工作时，所有从ZigBee串口RXD管脚收到的数据将通过RF射频发送出去，而所有从空中接收的数据将直接发送到ZigBee串口的TXD管脚。当ZigBee模块按AT命令模式工作时，可通过AT命令读取和设置ZigBee模块的工作模式、串口波特率、64位目的地址以及PAN ID值等相关参数。

1．2 护理机网络通信协议
护理机主控板主控芯片采用的是PIC18F87K22，单片机编程采用MPLAB IDE V8．63完成。作为数据检测终端的下位机(各病房的护理机)正常工作时主动向网络协调器发送信息，各ZigBee通讯模式采用“透明模式”；上位机向下位机发送信息时，ZigBee通讯模式采用“AT命令模式”。数据发送方式采用“MSB方式”，即先发送高字节，再发送低字节。网络通信协议的帧格式如表2、表3所示，其中机器身份码选用ZigBee模块出厂时的ID号，这样不会造成地址冲突。

1．3 ZigBee网络的建立过程
在一个ZigBee网络中的所有ZigBee模块必须具有相同的PAN ID和信道，而且网络中有且只能存在一个协调器(Coordinator)，协调器用于网络的搭建。当协调器上电数秒后网络才开始启动，协调器将是网络的第一个节点，此后，各路由器(Router)可以与协调器进行连接并加入到网络中来，且加入到网络中的路由器将允许其它路由器通过连接自己而加入到网络中，整个网络中的任意两个节点都可以进行点对点通讯，并且网络中的任何一个节点都可以向网络中的所有节点进行广播；一个模块能否加入网络在于其通讯距离内是否己存在加入网络中的节点。考虑到星形网的控制和同步相对比较简单，因此系统设计时选用了星型网络方式组网(图2)。该网以一个功能强大的FFD协调器作为网络中心，负责协调全网工作，其它的数据采集节点(护理机)分布在其覆盖范围内。具体实现组网时，首先通过厂家提供的HAC-Studio上位机软件，利用AT命令设置所有入网的ZigBee设备，使它们具有相同的信道和PAN ID值，然后将协调器设备与上位监控PC机相连，并使两者设置有相同的通信口、波特率、校验位等通信参数，最后通过基于API的Windows多线程串口编程，实现ZigBee网络协调器与上位PC机监控管理程序的通信。上电后整个组网过程是自动进行的，无需人工干预。

本文设