一种基于无线传感器网络的智能护理系统

1.一种基于无线传感器网络的智能护理系统，其特征在于：该系统采用ZigBee无线传感器网络将各个节点连接实现无线组网，实现系统的各个功能模块的连接，并通过智能网络控制器对各功能模块和检测单元进行控制，构成分布式的无线智能控制系统，由网络协调器和智能网络控制器负责整个网络的管理和控制；
整个系统采用星形网络拓扑结构，电动控制床架、组合式床垫、自动清便系统、数据采集系统、中央控制系统、智能传感器检测系统、无线传感器网络的护理平台单元为终端节点，直接与网络协调器进行通信，并接受网络协调器的管理和工作指令，终端节点采集的数据发送至网络协调器，再由网络协调器传送给智能网络控制器，智能网络控制器对数据进行分析，再根据分析结果进行相应的处理；所述终端节点包括无线传感器网络节点、输出控制节点、无线通信模块；
所述电动控制床架、组合式床垫、自动清便器、数据采集系统、智能传感器检测系统通过总线接口与中央控制系统通信，而无线传感器网络的护理平台单元通过无线传感器网络进行通讯，分布在各个检测区域的智能传感器检测系统，将检测到的患者的生理信息通过Zigbee无线传感器网络发送给中央控制系统，中央控制系统对检测到的信息进行分析和处理，根据信息的类型和数据参数向相应的控制模块发出控制指令和控制数据，由相应的控制模块完成相关的处理任务，同时将现场的消息通过无线通信模块通知监护中心和护理人员，监护中心控制台会出现声光报警并有语音提示报告所发生的情况，相关人员通过智能终端实时监视现场的视频画面；
所述无线传感器网络节点由传感器、信号调理电路、AD模数转换、微控制器、无线通信单元、人机接口、电源管理模块组成，所述传感器分别与信号调理电路、AD模数转换、微控制器、无线通信单元、人机接口、电源管理模块相连；
所述输出控制节点具有射频收发功能，负责接收由智能网络控制器通过协调器节点发送的控制指令，并按照指令的要求完成相应的操作和控制任务，产生输出控制信号，并将输出控制信号转换为与控制的对象相匹配的驱动信号，从而对被控对象进行控制；智能网络控制器用于各种操作命令并通过智能网络控制器发送，再由各个终端节点完成执行的，检测传感器节点检测到的数据也会发送回智能网络控制器，由智能网络控制器完成对数据的分析和处理。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的智能护理系统，其特征在于：所述微控制器采用SoCZigBee单片机，所述单片机中芯片内部集成增强型内核,还设有协处理器、通用同步异步收发器、数字转换器、定时器及可编程I/O引脚。

一种基于无线传感器网络的智能护理系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及到一种医疗护理系统，尤其涉及到一种基于无线传感器网络的智能护理系统。\n背景技术\n[0002] 近年来，随着科技的进步发展，智能控制技术、嵌入式技术、传感器网络技术、无线通信技术被广泛应用到医疗领域之中，使得医疗设备的运行更加智能化，例如智能医疗终端，它们可以通过特定传感器检测使用者身体状况，例如心跳、血压、呼吸速率，甚至可以提供一些保健意见等。这些医疗设备在社会上取得了很好的社会反响，由此可见，在不久的将来，医疗设备的智能化必将更为普遍。\n[0003] 医疗护理床作为医院病房的一种重要的医疗辅助设备，不再简单作为病床来使用,它在患者的治疗和护理中也发挥着重要的作用。近几年随着科技的发展，特别是信息化技术的迅猛发展，以微控制器为核心的具有一定智能化功能的护理床出现了，并逐步取代传统的医疗护理床。目前国内已有一些厂商推出多功能护理床这类产品，但这些产品大多功能不全、档次较低，操作相对繁琐需要一定的人工辅助操作才能完成大小便过程，智能化、人性化程度低，必需有护理人员在旁协助才能完成操作。一体式多功能智能化且采用无线传感技术的高端护理床，目前是空白。\n发明内容\n[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种运用物联网技术，采用智能控制技术实现了智能化的多功能护理床，该床的各个功能模块相对独立，与主控制单元通过无线网络连接，通过无线传感器网络组成一个系统，由主控单元进行统一控制和管理的智能护理系统。\n[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于无线传感器网络的智能护理系统，该系统采用ZigBee无线传感器网络将各个节点连接实现无线组网，实现系统的各个功能模块的连接，并通过智能无线网络控制器对各功能模块和检测单元进行控制，构成分布式的无线智能控制系统，由网络协调器和智能无线网络控制器负责整个网络的管理和控制；\n[0006] 整个系统采用星形网络拓扑结构，所述电动控制床架、组合式床垫、自动清便系统、数据采集系统、中央控制系统、智能传感器检测系统、无线传感器网络的护理平台单元为终端节点，直接与网络协调器进行通信，并接受网络协调器的管理和工作指令，终端节点采集的数据发送至网络协调器，再由网络协调器传送给无线网络控制器，无线网络控制器对数据进行分析，再根据分析结果进行相应的处理；终端节点包括无线传感器网络节点、输出控制节点、无线通信模块；\n[0007] 所述电动控制床架、组合式床垫、自动清便器、数据采集系统、智能传感器检测系统通过总线接口与中央控制系统通信，而无线传感器网络的护理平台单元通过无线传感器网络进行通讯，分布在各个检测区域的智能传感器检测系统，将检测到的患者的生理信息通过Zigbee无线传感器网络发送给中央控制系统，中央控制系统对检测到的信息进行分析和处理，根据信息的类型和数据参数向相应的控制模块发出控制指令和控制数据，由相应的控制模块完成相关的处理任务，同时将现场的消息通过无线通信模块通知监护中心和护理人员，监护中心控制台会出现声光报警并有语音提示报告所发生的情况，相关人员通过智能终端实时监视现场的视频画面。\n[0008] 所述无线传感器网络节点由传感器、信号调理电路、AD模数转换、微控制器、无线通信单元、人机接口、电源管理模块组成，所述传感器分别与信号调理电路、AD模数转换、微控制器、无线通信单元、人机接口、电源管理模块相连。\n[0009] 所述微控制器采用SoC ZigBee单片机，所述单片机中芯片内部集成增强型内核,还设有协处理器、通用同步异步收发器、数字转换器、定时器及可编程I/O引脚。\n[0010] 所述输出控制节点具有射频收发功能，负责接收由无线网络控制器通过协调器节点发送的控制指令，并按照指令的要求完成相应的操作和控制任务，还可产生输出控制信号，并将控制信号转换为与控制的对象相匹配的驱动信号，从而对被控对象进行控制。\n[0011] 所述智能网络控制器用于各种操作命令并通过网络控制器发送，再由各个终端节点完成执行的，检测传感器节点检测到的数据也会发送回网络控制器，由网络控制器完成对数据的分析和处理。\n[0012] 本发明采用该系统后，其有益效果为：\n[0013] 本设计运用无线传感器网络组网技术，实现系统的各个功能模块的连接，并通过智能无线网络控制器对各功能模块和检测单元进行控制，构成分布式的无线智能控制系统，由于采用无线传感器网络构建系统，各个功能模块与主控制器之间不需信号线的连接就能进行通信，各模块相对独立分布在不同的区域，彼此之间没有连线但能构成一个网络进行数据通信，系统的组建简捷、方便、成本低，整个系统为自动化设置，操作简单，最大程度减轻护理人员的劳动负担，从而减轻家庭负担。\n附图说明\n[0014] 图1为本发明基于无线传感器网络的智能护理系统结构框图。\n[0015] 图2为本发明智能护理系统总体流程图。\n[0016] 图3a 为本发明基于智能无线传感器网络的护理系统拓扑结构图。\n[0017] 图3b 为本发明基于智能无线传感器网络的护理系统中数据采集节点结构图。\n[0018] 图3c 为本发明基于智能无线传感器网络的护理系统中输出控制节点结构图。\n[0019] 图3d 为本发明基于智能无线传感器网络的护理系统中智能网络控制器原理图。\n[0020] 图3e 为本发明智能护理系统组建的无线传感器网络的功能框图。\n具体实施方式\n[0021] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，不能理解为是对本发明的限制；\n[0022] 根据图1-2所示，一种基于无线传感器网络的智能护理系统，该系统采用ZigBee无线传感器网络将各个节点连接实现无线组网，实现系统的各个功能模块的连接，并通过智能无线网络控制器对各功能模块和检测单元进行控制，构成分布式的无线智能控制系统，由网络协调器和智能无线网络控制器负责整个网络的管理和控制；\n[0023] 系统由主控模块和一组传感检测及功能控制模块组成，采用“总线+无线传感器网络”双向全数字通讯方式，构成一个分布式的智能控制体系。所述电动控制床架、组合式床垫、自动清便器、数据采集系统、智能传感器检测系统通过总线接口与中央控制系统通信，而无线传感器网络的护理平台单元通过无线传感器网络进行通讯，分布在各个检测区域的智能传感器检测系统，将检测到的患者的生理信息如尿湿信息、排泄物信息通过Zigbee无线传感器网络发送给中央控制系统，中央控制系统对检测到的信息进行分析和处理，根据信息的类型和数据参数向相应的控制模块发出控制指令和控制数据，由相应的控制模块完成相关的处理任务，同时将现场的消息通过无线通信模块通知监护中心和护理人员，监护中心控制台会出现声光报警并有语音提示报告所发生的情况，相关人员通过智能终端（或智能手机）能够实时看到现场的视频画面，了解患者的当前状况。\n[0024] 如图3a 所示，整个系统采用星形网络拓扑结构，所述电动控制床架、组合式床垫、自动清便系统、数据采集系统、中央控制系统、智能传感器检测系统、无线传感器网络的护理平台单元为终端节点，直接与网络协调器进行通信，并接受网络协调器的管理和工作指令，终端节点采集的数据发送至网络协调器，再由网络协调器传送给无线网络控制器，无线网络控制器对数据进行分析，再根据分析结果进行相应的处理；终端节点包括无线传感器网络节点、输出控制节点、无线通信模块；\n[0025] 如果需要某个模块执行某项任务或完成某项操作，无线网络控制器会通过网络协调器将指令发送给相应的模块。如果需要向远程发送消息，无线网络控制器会通过3G/GPRS模块向远程的智能终端和监护中心发送消息，对应不同需求的按键信号，控制台会发出语音提示，对应功能的指示灯也会进行闪烁，让家人及看护人员知道患者的需求。\n[0026] 如图3b 所示，所述无线传感器网络节点由传感器、信号调理电路、AD模数转换、微控制器、无线通信单元、人机接口、电源管理模块组成，所述传感器分别与信号调理电路、AD模数转换、微控制器、无线通信单元、人机接口、电源管理模块相连，所述微控制器采用SoC ZigBee单片机，所述单片机中芯片内部集成增强型内核,还设有协处理器、通用同步异步收发器、数字转换器、定时器及可编程I/O引脚。\n[0027] 如图3c 所示，输出控制节点的功能主要是负责接收由无线网络控制器通过协调器节点发送的控制指令，然后按照指令的要求完成相应的操作和控制任务，因此输出控制节点除了具有射频收发功能外，主要是产生输出控制信号，并将控制信号转换为与控制的对象相匹配的驱动信号，从而对被控对象进行控制，\n[0028] 如图3d 所示，所述智能网络控制器用于各种操作命令并通过网络控制器发送出去，再由各个终端节点完成执行的，检测传感器节点检测到的数据也会发送回网络控制器，由网络控制器完成对数据的分析和处理；操作者可通过键盘和遥控器按键发出控制指令，当主控单元接收到控制指令后，即对该控制指令进行分析，根据指令内容主控单元会将指令发送给完成该指令的终端节点，再由终端节点完成相关操作和任务。如果主控单元收到某个检测节点传来的检测数据，即对该数据进行分析和处理，根据分析结果将与该数据相关的消息通过无线通信模块发送给远程终端。\n[0029] 针对基于智能无线传感器网络的护理系统软件，如图1所示，系统由若干功能模块构成，当系统启动后首先进行系统的初始化，设置各单元模块的的初始状态，接着协调器要建立传感器网络，为各个终端节点加入网络做好准备，完成上述工作后主控制器启动操作系统，所有的任务模块都在操作系统的调度下执行，每个任务都按照其重要性分配了优先级，操作系统在任何时候都调度处于就绪状态下优先级最高的任务执行，每个任务都与某个特定的事件相对应，当某个任务对应的事件产生后，它就会将该任务设置为就绪状态，随后操作系统就会调度该任务执行。\n[0030] 传感器网络功能模块，Zigbee网络主要由Zigbee网络协调器、Zigbee网络路由器、Zigbee终端节点组成，可以形成星型、树型及网状型三种网络拓扑结构。网络协调器是整个网络的中心，它负责的功能包括建立、维持和管理网络、分配网络地址等，所以可以将网络协调器认为是整个Zigbee网络的“大脑”。网络路由器主要负责路由发现、消息传输、允许其他节点通过它关联到网络中。终端节点通过协调器或者路由器关联到网络中，终端节点不允许其他节点通过它关联到网络中。\n[0031] 本设计由于涉及的空间范围较小，终端节点不需通过路由器中转就可直接发送到协调器，故采用星型网络拓扑结构，终端节点采集的数据直接发送给网络协调器，网络协调器将数据汇集后通过串口传送给无线网络控制器，由无线网络控制器对数据进行统一分析和处理，而用户发出的操作指令，也通过无线网络控制器直接发送给终端节点，由终端节点上的微控制器完成指令的控制任务。图3e 是本系统组建的无线传感器网络的功能框图。\n[0032] 协调器程序模块设计，协调器是无线传感器网络的核心，它负责整个传感器网络的建立、管理，并给加入网络的终端节点分配网络地址，对整个传感器网络的运行起决定作用。