利用BB-Black设计的远程医疗监测智能硬件

本文以BeagleBone Black为核心，挂接ZigBee无线传感节点和GSM/GPRS模块；建立web服务器和SQLite数据库，接收、解析和存储ZigBee节点采集的生理数据，控制GSM/GPRS进行紧急呼救和发短信；让硬件智能化，提供自动生理监测功能，为人们的生活提供便利。

目前，医疗设备的主要缺陷是价格昂贵、体积庞大和非智能；随着技术的发展，近年来涌现了不少优化的智能医疗设备，给人们的生活带了极大便利。但仍存在功能单一，不可远程访问等缺陷。

BB-Black开发板以其价格便宜、功能强大等优点广泛应用于各种场景，怎样利用BB-Black设计一个更智能、功能更齐全的实时远程医疗监测系统，将是一个有意义、有市场前景的研究课题。

1. 应用系统总体结构设计描述

1.1 硬件平台相关介绍

设 计共涉及BB-black、ZigBee和GSM/GPRS三个硬件模块。其中BB-black开发板为核心模块，是一款基于AM3359处理器的开发套 件，其实物图如图1所示。处理器集成了高达 1GHz 的 ARM Cortex-A8 内核，并提供了丰富的外设接口和两个扩展接口，可扩展LCD、UART、eMMC、ADC、I2C、SPI和PWM等接口。其系统框图如图2所示。

AM3359 是基于 ARM Cortex-A8 内核的微处理器，在图像、图形处理、外设和诸如etherCAT 和 PROFIBUS 的工业接口选项方面进行了增强，并支持Linux、 WinCE 和Android 等高级操作系统。该处理器包含了多个子系统。微处理器单元（MPU）子系统基于 ARM Cortex-A8 微处理器； POWERVR SGX 图形加速子系统用于 3D 图形加速以支持显示和游戏效果；可编程实时单元子系统(PRUSS)使用户可以创建各种超越本地外设的数字资源。此外，PRUSS 独立于 ARM 内核，这就允许设备有独立的操作和时钟，从而在复杂系统解决方案中有更大的灵活性。

图1 BB-black实物图背面（左），正面（右）

图2 BB-Black系统框图

1.2 系统功能模块及信息处理过程

系 统的功能模块如下图3所示，主要由数据采集模块、GSM模块、远程登录模块和BB-Black模块四部分组成。其中生理数据模块采用ZigBee无线传感 节点实时采集用户生理数据；GSM模块采用四频 GSM/GPRS ，实现紧急报警和定位；远程登录模块是指手机或其它上网设备，供用户远程访问和监控；BB-Black模块是本系统的核心模块，该模块又可分为数据处理、 Boa服务器和SQLite数据库三部分。数据处理模块实现对数据的接收、解析、向SQLite数据库插入数据和向GSM模块下达紧急报警命 令；SQLite数据库主要用于存储生理数据；Boa服务器则实现用户的远程访问查询SQLite数据中存储的生理数据。

图3 系统功能模块框图

正如上图所示系统的信息处理过程如下：

1. 生理数据采集模块实时采集生理数据。

用 户可根据需要随身携带相应的生理数据检测模块（如：血压、血糖、脉搏等检测模块），在BB-black建立的无线传感网络覆盖范围内移动、实时生理数据采 集，按IEEE 802.15.4的通讯标准，通过无线网络将生理数据包传送出去；在BB-black开发板上连接的ZigBee终端节点将数据包接收。

2. BB-black模块接收、分析和处理生理数据。

AM335x处理器定时的读取终端节点接收的数据包，通过解析得到数据包中的生理数据，并存储到SQLite数据库，同时根据健康指标对数据进行分析，若遇紧急情况，则向GSM/GPRS模块发AT控制命令，进行紧急呼救。

3. 监护人或医生可随时随地访问服务器查看、管理被监护人近期生理数据。

用户通过上网设备打开浏览器登陆Boa服务器，提交查询表单，即可访问SQLite上存储的被监护人的生理数据，实现远程了解被监护人近期身体状况，实现远程监控。

本系统应用场景可如图4所示。

图4 系统应用场景图

2. 远程监控功能实现

系统以BB-black为平台，提供用户远程登录访问嵌入式Web服务器 Boa，查看该服务器上的被监护人近期生理数据功能；为了实现数据存放功能，作者针对嵌入式设备，采用开销小、可移植性强、便使用且高效的嵌入式 SQLite数据库。而CGI（Common Gateway Interface）通用网关接口，则是Web服务器和SQLite数据库之间的桥梁，作为客户端与Web服务器交互的标准接口，可按照该标准编写应用程 序实现静态HTML网页无法实现的数据库访问和搜索功能，实现客户端与服务器的交互操作。其工作原理如下图5所示。

图5 远程监控模块软件构成与工作原理

首先，由客户端通过浏览器向服务器发起请求，嵌入式Web服务器端收到请求后触发指定的脚本程序对请求进行解析，并执行相应的CGI应用程序。

其次，CGI应用程序根据请求信