贲海权
摘要：针对当前患者信息远程监控的需求，结合当前的信息技术，提出一种无线网络的远程医疗系统。在该系统中，首先对系统的整体架构进行设计，然后分别对系统的终端节点、协调器节点等进行详细，并对协调器的通信进行了详细设计。通过以上设计，旨在为智能化远程诊疗技术的发展提供一定的借鉴。
关键词：远程医疗;Zigbee技术;串口通信;上位机
中图分类号：TP277
文献标识码：A
文章编号：1001-5922（2020）12-0070-04
1 总体方案设计
本次研究的远程医疗监控系统总体划分为多个部分，包括远程监控中心、路由节点、协调器节点以及终端节点，各个部分需要按照正确的方式进行连接。系统总体架构如图1所示。
在无线传感器网络（WSN）内含有较多的路由节点与终端节点，并且二者在结构上基本是相同的。终端节点主要是各种类型的传感器，可以对人体体温等参数进行采集，以此获取到需要的信息。在应用过程中可以结合具体需求来设置需要的传感器。
各个终端节点在运行过程中无法直接通信，而是需要将采集到的信息传输到路由节点中，此过程中主要利用了无线传输技术。路由节点将得到的信息进一步通过协调器节点传输到监控中心。在整个系统中，协调器节点处于核心的地位，一方面需要作为上位机与终端节点的通信媒介，即以串口的方式将采集数据传输到上位机中;另一方面还需要对Zig Bee无线网络进行管理和维护。
上位机主要位于远程监控中心，用于对系统采集的相关信息进行展示和处理，总体划分为2部分，分别是监控软件与数据库，前者主要用于对接收到的数据进行处理，并为用户展示需要的信息;后者用于存储相关的数据信息。
监控中心软件需要对采集到的温度、血压等数据进行实时处理，如果这些指标超过正常的范围，则需要通过报警的方式提醒用户，便于及时采取针对性的治疗措施。医生可以根据远程诊疗系统中得到的数据信息来初步判断病人的病症，从而为后续的治疗提供更多的信息。
2 节点设计
2.1 终端节点设计
在本次设计中的路由器节点与终端节点分别属于全功能设备与简化功能设备，在满足功能需求的同时降低了使用的成本，二者的结构基本是一致的，主要包括微控制器、传感器、无线通信以及电源等多个模块，二者通过配合可以将采集到的血压等参数实时传输到远程监控中心中，在数据传输过程中利用了高效的Zig Bee技术。终端节点的基本结构如图2所示。
2.2 协调器节点设计
协调器属于整个网络的核心控制部分，在结构上与终端节点基本是一致的，但是没有设计传感器模块。协调器需要与上位机之间进行通信，以此可以将采集到的信息以串口方式传输到上位机中进行进一步的处理。
本系统中的协调器节点实质上是一个“网关”，作为上位机与终端节点的通信媒介，将接收到的血压等信息实时传输到上位机中。在协调器节点中设置了串口通信模块，以此高效将数据传输到监控中心上位机中。其具体的结构如图3所示。
协调器节点除了需要将数据传输到上位机之外，还需要对无线传感器进行维护和管理，因此其功耗相对较高。在串口通信模块主要采用了MAX3221 CAE电平转换芯片和RS-232串口，基于专用的接口电路实现了与上位机的连接，可以实时将采集到的血压等生理参数信息传输到上位机中，保证了信息传输的可靠性与时效性，为后续的处理与诊断奠定了良好的基础。
2.3 协调器节点通信模块设计
在本次设计中主要利用了串口通信方式完成上位机与协调器之间的通信，具体采用的是RS-232接口，其在电平标准上与单片机是不同的，前者的电平标准+15/+13V、-15/- 13V分别代表1、0;后来电平标准TTL电平：+5V、OV分别对应着1、0。因此二者之间需要进行电平交换，此过程中主要利用了MAX322IACE芯片，以此可以对CC2430单片机输出的信号进行转换，并将其传输到计算机中。MAX322IACE的具体电路结构如图4所示。
基于协议栈默认的方式对协调器节点进行配置，其中TX、RX端分别是P0_3、PO_2，在连接过程中需要将MAX3221CAE 8脚RIN与PO_2进行连接，将TIN与P0_3进行连接，以此完成电平转换的过程。电平转换电路结构如图5所示。
3 监控中心设计
3.1 整体架构设计
监控中心系统主要面向终端用户，可以实时展示数据处理的结果，并为医生的诊疗提供准确的信息。系统提供了可视化的操作頁面，各种信息以不同的方式进行展示，直观性更强。在终端节点采集到人体生理数据之后，主要通过无线传输方式将数据传输到协调器节点，在此过程中需要构建完善的ZigBee无线传感器网络，确保通信的质量。在此基础上以串口方式将数据传输到监控中心的上位机中。此时可以对得到的信息进行分析和处理，以不同的方式展示处理后的数据，如果数据超过了正常的范围则会及时报警，据此可以对患者的病症进行诊断，并采取有效的治疗措施来缓解病人的症状。考虑到日后在诊疗过程中仍然需要使用这些数据，因此将数据统一存储在数据库中。
在监控软件设计过程中需要考虑到用户的操作习惯以及使用要求等，综合分析本次设计中主要利用Visual Basic（简称VB）语言来进行可视化界面的开发，可以将用户需要的信息实时显示在前端页面中。监控中心具体布局如图6所示。
监控中心布局需要保持较高的合理性，结合用户的需求对监控软件界面进行设计，保证协调器与上位机之间通信的可靠性，以此能够为病症诊疗提供较多的支持。在上位机中除了有监控软件外，还需要部署数据库，用于存储采集到的数据信息。因此在监控中心中主要划分为数据库、远程监控以及串口通信3个模块。
3.2 终端节点软件设计
终端节点主要完成各项信息的采集功能，主要涉及到了血压、温度等人体生理参数，基于DS18820等传感器可以将采集到的信息传输到路由节点中。在终端节点软件设计方面主要利用了IAR编译环境。在运行过程中需要先对传感器电路进行初始化，搜索并加入到对应的无线网络中，由此可以完成数据采集与传输的功能。该部分的具体流程如图7所示。
3.3 路由节点软件设计
路由节点需要获取到终端节点采集到的信息，包括血压和体温等信息，然后将得到的信息进一步传输到协调器中。在具体传输过程中需要先对芯片上电，然后由协调器节点分配16位短地址，在成功添加到网络后可以完成数据的接收与传输的功能。具体的流程如图8所示。
3.4 协调器节点通信设计
在Zigbee网络建立完成之后，协调器始终处于运行状态，可以实时获取到路由节点传输的信息，并将其传输到上位机中。首先需要对协调器节点进行初始化，然后建立对应的通信网络，由此可以完成数据的接收和传输的功能。该部分的具体实现流程如图9所示。
3.5 数据实时监控模块设计
在数据实时监控模块设计了多个类来完成对应的功能，具体即为图9中所示，需要以1s的周期获取数据库中的人体生理参数，然后对数据进行分析和处理，判断是否达到了设定的阈值。在本次设计中主要以温度参数处理为例进行分析，对应的功能类分别是Temperature Access， Temperature data System， Ac-cess Helper、Temperature data，在各个类中提供了不同的方法，包括数据可视化、数据计算、数据对比以及报警等功能。其中，Draw Line（）函数可以在第一象限中标记最新的温度以及血压数据，并绘制坐标轴以及背景，分析数据是否处于正常的阈值范围内，根据对比结果来确定警告等级，如果高于二级，则及时进行报警，并采取有效的治疗措施。
4 结语
通过以上设计看出，远程医疗监控系统实现的核心主要包含2个方面：①要实现患者病人相关信息的采集，包括体温等;②要实现采集器与后台的通信，并通过后台实时展示病人的信息。通过以上的设计，可实现患者数据的实时采集，从而为当前远程无线医疗提供了参考和借鉴。
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