EEPW论坛

作者：内蒙古科技大学 刘磊 夏建波 刘强
指导教师：郭宇

　　产品简介

　　1.1开发背景
　　现在，在许多人们最关心的日常事务中，对健康的关心排在了靠前的位置。对健康的关心程度可通过昂贵的保险费用、降低的生产力甚至雇员的调整直接影响到公司的盈亏。然而，对健康关心，与比财务问题相比是个更深层次、更个人化的问题。2/3超过65岁的人需要长期护理，所需长期护理的平均时间超过3年，而绝大多数人在某些程度上都有可能受此影响。因此，随着人均寿命的持续提高，高质量的长期护理就成为了全世界关注的焦点。
　　通过在病人家中的远程协助，自动监护系统可帮助增加病人的安全性，改善生活质量。很不幸的，现在大多数监护系统仍然要限制病人的自由行动。然而，新近的无线技术使得病人摆脱医疗器械的束缚，自由行动成为了可能，同时又为护理者提供了更高效的建立护理网络的方法。这也使得健康工作者在这个过程中监护病人们成为了可能。
　　Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。
　　zigBee是一种低速短距离传输的无线网络协定，底层是采用IEEE802.15.4标准规范的媒体存取层与实体层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支援大量网络节点、支援多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee协定层从下到上分别为实体层(PHY)、媒体存取层(MAC)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。
　　1.2结构说明　　

　　(1) 主控模块：本模块是比赛所提供的宏晶公司最新STC15系列IAP15F2K61S2芯片。ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程，无需编程器，无需仿真器。可当仿真器使用，操控极其方便，很适合初学者。
　　(2) Zigbee节点：通过四个zigbee模块，建立了zigbee的小型网络，让zigbee之间能通信，通过zigbee副节点把数据传到zigbee主节点，主节点处理传过来的数据，zigbee实现了数据的无线传输。
　　(3) 按键模块：按键模块改变cc2430端口的高低电平。
　　(4) PC上位机：在vs2010的平台上编写了串口程序，调用了基本的SerialPort类，用SerialPort类来与单片机实现通信，既可以实现上位机向单片机发送数据也可以接受由单片机发送过来的数据，并在上网机的界面上添加了人性化的颜色，让上位机使用起来更容易让人所接受。
　　1.3功能与使用说明　　

　　(1)功能：本作品可以通过串口来接受单片机发过来的数据，并实时显示。
　　(2)使用说明：PC机在VS2010的基础运行。

　　平台选型说明

　　主控部分采用比赛组委会提供的宏晶公司最新STC15系列IAP15F2K61S2芯片,本单片机简单、可靠，控制功能有了很大的提高，而且成本相比于其他主控低。其原理图和实物图如(2),(3)下图所示　　

　　1.采用宏晶公司最新STC15系列IAP15F2K61S2芯片。ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程，无需编程器，无需仿真器。可当仿真器使用。
　　2.增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，速度比普通8051快8-12倍。
　　3.61K字节片内片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上。
　　4.片内大容量2048字节的SRAM。
　　5.大容量片内EEPROM，擦写次数10万次数以上。
　　6.共8通道10位高速ADC，速度可达30万次/秒，3路PWM还可当3路D/A使用。
　　7.共3通道捕获/比较单元(CCP/PWM/PCA)。
　　8.内部高可靠复位，8级可选复位门槛电压，彻底省掉外部复位电路。
　　9.内部高精度R/C时钟，内部时钟从5MHz～35MHz可选，相当于普通8051的60MHz～420MHz。
　　10.两组高速异步串行通信端口(可同时使用)，可在5组管脚之间进行切换，分时复用可当5组串口使用。
　　11.一组高速异步串行通信端口SPI。
　　12.各种接口扩展齐全。
　　13.一根优质USB线实现系统供电、程序下载、通信功能。

　　设计说明

　　3.1设计要求
　　能够准确的感应到由病人发出的实时信号，把时实数据准确的传输到电脑上。可以在打开了上位机的护士房间或者是医生房间随时获取病人信息，这样不打扰病人的生活，保护好病人的隐私。
　　3.2系统硬件电路设计
　　3.2.1 信息采集模块
　　本模块由两部分组成，由Zigbee cc2430模块以及按键构成。　　

　　Zigbee是一种近距离低功耗低速率无线网络，使用免费的2.4GHz频段，ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用,主要用于无线传感器网络、智能家居等方面。
　　CC2430DK节点属于zigbee节点模块，它采用德州仪器(TI)ZigBeeSOC射频芯片CC2430-F128,片上集成高性能8051内核、ADC、USART等，支持ZigBee协议栈。该zigbee节点引出所有可用I/O，并提供RS232串行接口,用户可使用片上所有资源。
　　模块特点:
　　1、工作频率带宽：2.400～2.4835GHz
　　2、数据速率达250kbps，码片速率达2Mchips/s
　　3、输出功率可编程控制(-91dbm))
　　4、低功耗：RX:27mA ,TX:25mA
　　5、用户接口：16Pin，引出所有I/O并提供RS232串行口,可与计算机直接通信
　　6、节点外形尺寸：40 X 68mm
　　Zigbee cc2430实物图、电路原理图、信息采集模块如图6、图7、图8所示　　

　　3.2.2 上位机模块
　　Zigbee将按键的信息经过IAP15F2K61S2传给pc机，pc机通过调用SerialPort来接收数据，从而显示显示相应的信息，获取病人想需求情况与病情如何。　　

　　3.3系统软件设计　　

　　作品特色

　　4.1先进性
　　现在大小型医院普遍用的是有线连接，这样既限制了病人的活动范围同时成本也增加了不少，有线是必将慢慢消退，无线是大方向也是人类先进性的体现，方便了病人，也节约了材料。

　　4.2实用性
　　本物联网病人呼叫系统的实用性很强，它可以作为大小型医院等特殊场所的患病患者的监控，准确性强，反应速度灵敏。设计简单，易于操作和维护,上位机界面简单清晰，易于查看。本作品最大的特点是不受环境限制，容易布局，解决了布线难题，采用无线传输，大大节约了成本;采集的数据通过服务器上传到了网上，可以在各地通过电脑监控数据，非常的方便快捷，即使人不在跟前也能发现险情。采用了Zigbee技术，ZigBee是一种崭新的，ZigBee免协议专利费，专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月，甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。

　　4.3创新性
　　病人呼叫系统是医院自动化的重要组成部分。现有的病人呼叫系统系统大多是以有线方式连接，这会造成布线繁琐，系统维护成本太高等问题。本作品把Zigbee技术与呼叫系统相结合，实现了数据的无线传输，改进了以前的布线方式。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2590