一种医疗无线体温监测方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种医疗无线体温监测方法，该方法以ZigBee技术为基础，通过无线通讯方式实时监视病人体温，本发明基于ZigBee技术的病人体温监测系统是涉及到嵌入式系统的软硬件联合设计，是一个以无线传感网络技术为基础的设计，通过无线通讯技术将监测到病人的体温传送给医护监控室，本设计产品质量小，便于携带，与传统的水银体温计比较起来有很多优点，它不易破碎；内部无水银，可避免因水银外泄导致的医疗事故；准确性高：读取温度数值方便快捷，且医护人员就可以随时实现对患者的体温，整个系统的准确定，实用性的关键在于系统中无线网络拓扑结构的选择、实现通讯的芯片、传感器芯片的选择。
【专利说明】-种医疗无线体温监测方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种医疗无线体温监测方法及装置，属于医疗器具【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 随着医疗行业信息化的不断进步，医疗事业的不断壮大，国内许多大中型医院已 经可W通过医院信息管理系统（HIS)来记录、管理患者的相关资料了。但是目前住院病人仍 然主要由护±护理，该样做不仅需要大量的护±，且由于不能随时观察危重病人的病情变 化，还会延误抢救时机。因此怎样有效的提高护±的工作效率和更及时的了解病人的病情 的问题，引起了人们的重视。由于信息产业的出现和网络的普及，计算机的应用已普及到人 类社会的每一个角落，它与人类的生活关系越来越密切。为了提高医护人员的治疗和查房 效率，并避免了因字迹療草而导致的医疗事故的而发生，从整体上提高医院的服务水平。医 院急需引入新的信息化技术手段，使得患者监护工作简化，且具有完整的存储，查询，警报， 打印等功能的患者监护系统。而现有的测量监护系统又存在一定局限性，主要表现在：传感 器通过有线方式和处理器连接、独立的传感器间缺乏整合、不支持信号的持续采集和数据 的实时处理、体积和功耗大，不便于携带。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是；提供一种医疗无线体温监测方法及装置，该方法W Zi浊ee技术 为基础，通过无线通讯方式实时快速准确的监视病人体温，W克服现有技术的不足。
[0004] 本发明的技术方案 一种医疗无线体温监测方法，该方法W Zi浊ee技术为基础，通过无线通讯方式实时监 视病人体温。
[0005] 前述的医疗无线体温监测方法中，该方法是建立一个W Zi浊ee的星型网络拓扑 结构为设计基础的主节点和至少2个从节点的无线传感网络结构，实现数据的无线传输， 定时采集人体体温，并通过无线传感网络将采集得到的数据依次向主节点发送，主节点收 到数据后通过串口传给上位PC机显示并进行监视。
[0006] 前述的医疗无线体温监测方法中，所述的从节点为连接数字温度传感器TSic506， 采用CC2430为该从节点的处理器芯片，完整的从节点系统还应构造一个外围电路，外围电 路需要32MHz晶振Yl为内部微处理器提供时钟源，射频部分采用单极天线，为了获得最好 的通信性能，应采用非平衡变压器，分立器件L32UL33UL341 W及Cll构成非平衡变压器， 用来连接差分输出端和单极天线，由于天线距离RF引脚有一段距离，所W需要针对天线到 RF引脚的反馈传输线设计阻抗匹配，由于是单极天线，所W匹配阻抗为50Q，该部分阻抗 由非平衡变压器和PCB微带传输线组成，微带传输线实际上就是入/2阻抗匹配，入为PCB 传输线上微波波长。
[0007] 前述的医疗无线体温监测方法中，采用E - LI肥封装形式的TSic506与从节点的 处理器芯片连接，为克服TSic506产生单片机的中断情况，设计一个RC滤波电路作为连接 数字温度传感器与CC2430外围连接电路，RC滤波电路中C尽可能接近连接数字温度传 感器的V+和地，因为ZACwire线要由一个强CMOS推挽驱动器来驱动，选择P1.1 口连接 ZACwire,用Pl. 6 口为Tsic506供电，用普通的端口为Tsic506供电的话会造成Tsic506 工作不稳定，CC2430选择端口工作模式。
[0008] 前述的医疗无线体温监测方法中，从节点电源模块采用TPS60210转化器来实现 电压稳压输出。
[0009] 前述的医疗无线体温监测方法中，在TPS60210与CC2430的连接电路中因系统没 有用到低电池电压监视功能，需要屏蔽，解决方案为将LBI脚直接连接到地，或者不连接 LBO 脚。
[0010] 前述的医疗无线体温监测方法中，该从节点温度信号采集处理方法为测量起始位 下降沿和上升沿之间的时间，该时间Tstrobe就是选通时间，其宽度为位宽度bit window 的一半。根据前面传感器Tsic506的介绍，要想得到温度数据必须再等待一个Tstrobe的 时间，即在下一个下降沿开始采样ZACwire的信号。因为每个位都W-个下降沿开始，所W 每个位的采样窗口都会复位。该意味着从起始位开始的比特流将不会发生误差。当起始位 下降沿产生时，会引发MCU进入一个计数循环，递增一个内存的位置，直到看见ZACwire信 号的上升沿，该计数的值就是Tstrobe。在获得Tstrobe后，MCU就可W简单地等待下面9 个下降沿，在每个下降沿后，MCU等待Tstrobe期满，然后采样下一个位，ZACwire线要由一 个强CMOS推挽驱动器来驱动。在一个噪声环境中，当ZACwire要驱动长时间，一般时间大 于2m，相互连接的MCU时，需要奇偶校验位，对于在没有噪声干扰环境中的系统，可W选择 让MCU忽略奇偶校验位。
[0011] 前述的医疗无线体温监测方法中，从节点加入网络方法为调用aplJoinNetworkO 函数加入当前的网络协调器，当处在网络内的一个设备允许一个新设备加入网络时，该两 个设备就构成了父子关系，新加入的设备是子设备，第一个设备是父设备，一个子设备可W 通过下面两种方式加入网络：通过MAC层的连接association过程加入网络，或者由先前 指定的父设备直接加入网络，一个孤点设备通过孤点方式加入或重新加入网络。
[0012] 一种医疗无线体温监测装置，包括PC显示器，主节点与PC显示器，至少2个从节 点与主节点通过无线方式连接。
[0013] 前述的医疗无线体温监测装置中，所述的主节点与从节点是W Zi浊ee的星型网 络拓扑结构为设计基础构成的无线传感网络结构，其中所述的从节点为连接数字温度传感 器TSic506,采用CC2430为该从节点的处理器芯片，完整的从节点系统还应构造一个外围 电路，外围电路需要32MHz晶振Yl为内部微处理器提供时钟源，射频部分采用单极天线， 为了获得最好的通信性能，应采用非平衡变压器，分立器件L321、1331、L341 W及Cll构 成非平衡变压器，用来连接差分输出端和单极天线，由于天线距离RF引脚有一段距离，所 W需要针对天线到RF引脚的反馈传输线设计阻抗匹配，由于是单极天线，所W匹配阻抗为 50 Q，该部分阻抗由非平衡变压器和PCB微带传输线组成，微带传输线实际上就是A/2阻 抗匹配，入为PCB传输线上微波波长。
[0014] 前述的医疗无线体温监测装置中，采用E - LI肥封装形式的TSic506与从节点的 处理器芯片连接，为克服TSic506产生单片机的中断情况，设计一个RC滤波电路作为连接 数字温度传感器与CC2430外围连接电路，RC滤波电路中C尽可能接近连接数字温度传 感器的V+和地，因为ZACwire线要由一个强CMOS推挽驱动器来驱动，选择PI. I 口连接 ZACwire,用Pl. 6 口为Tsic506供电，用普通的端口为Tsic506供电的话会造成Tsic506 工作不稳定，CC2430选择端口工作模式。
[0015] 由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，传统的医院监控系统必须要有线连 接，该样医院的过道必须要考虑到布线问题，且每个病房都要布线，并且监控点只能放在某 个固定的位置，不能带出病房。当系统故障时也不便于维修。而且目前在我国绝大多数患者 的体温是要人工测量的，W往的温度传感器都是通过有线的方式传送数据的，线路兀余复 杂，连线成本高，线路的老化问题也影响其可靠性。面对患者越来越个性化的治疗要求及减 少医疗事故的压力等问题，医院急需引入新的信息化技术手段。将现有的医院信息管理系 统升级为"网络无处不在"的无线应用，在医院里无线局域网的有效应用可W克服有线网络 的弊端，可W随时进行生命体征数据、医护数据的查询与录入，W及医生查房、床边护理、呼 叫通信、护理监控和病人标识码识别等，将医生、护± W及相关管理部口协调为一个整体， 该就使得医院的医护水平和服务能力大大提高，减少医疗事故。另外，无线应用的部署，也 使得医院能够实现医疗设备、信息的高度共享和有效利用，对此设计一种无线的能够实现 实时监测病房里患者体温的系统。系统采用Zi浊ee技术为传感器信号的无线传输提供解 决方案，Zi浊ee节点可W覆盖几十米的范围，而且可W自由地增加节点，扩展覆盖范围， 非常适用于局域型医院住院护理，由于生理监护的数据传输量不大，Zi浊ee的250化/s的 传输速率已经能够满足生理数据的传输要求。
[0016] 本发明基于Zi浊ee技术的病人体温监测系统是涉及到嵌入式系统的软硬件联合 设计，是一个W无线传感网络技术为基础的设计，通过无线通讯技术将监测到病人的体温 传送给医护监控室。本设计产品质量小，便于携带，与传统的水银体温计比较起来有很多优 点，它不易破碎；内部无水银，可避免因水银外泄导致的医疗事故；准确性高；读取温度数 值方便快捷。本设计是通过温度传感器测得患者体温，然后通过无线传输的通讯设备把信 息发送到医护监控室，该样医护人员就可W随时实现对患者的体温，整个系统的准确定，实 用性的关键在于系统中无线网络拓扑结构的选择、实现通讯的芯片、传感器芯片的选择。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 附图1为本发明结构示意图； 附图2为本发明中从节点结构及外围电路示意图； 附图3为Tsic506与CC2430外围连接电路图； 附图4为TPS60210与CC2430的连接电路图； 附图5为本发明软件流程图； 附图6为从节点读取温度流程图； 附图7为本发明数据发送程序流程图。
[0018] 附图中的标记为；I-PC显示器、2-主节点、3-从节点。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。
[0020] 本发明的实施例：设计方案 基于Zi浊ee技术的病人体温监测系统是涉及到嵌入式系统的软硬件联合设计，是一 个W无线传感网络技术为基础的设计，通过无线通讯技术将监测到病人的体温传送给医护 监控室。本设计产品质量小，便于携带。与传统的水银体温计比较起来有很多优点，它不 易破碎；内部无水银，可避免因水银外泄导致的医疗事故；准确性高；读取温度数值方便快 捷，本设计是通过温度传感器测得患者体温，然后通过无线传输的通讯设备把信息发送到 医护监控室，该样医护人员就可W随时实现对患者的体温，整个系统的准确定，实用性的关 键在于系统中无线网络拓扑结构的选择、实现通讯的芯片、传感器芯片的选择。 1、无线网络拓扑结构的选择 Zigbee技术网络有两种网络拓扑结构：星型的拓扑结构和对等(树状和网状)的拓扑结 构。
[0021] 星型网络的形成：当F抑激活后，他就建立一个自己的网络，并作为PAN协调器，所 有星型网络的操作独立于其他星型网络的操作。通过选择一个PAN标志符可W实现其网络 的唯一性，其他无线通信技术的星型网络没有采用该种方式。因此一旦选定一个PAN标志 符，PAN主协调器就会允许其他设备加入到它的网络中，无论是F抑，还是R抑都可W参加到 该个网络中。
[0022] 对等网络的形成；在对等拓扑网络中，每一个设备都可W与在无线通信范围内的 其他任何设备内进行通信，任何一个设备都可W定义为PAN主协调器，例如可将信道中的 第一信道的设备定义成PAN主协调器。未来的网络结构很可能不仅仅局限为对等的拓扑架 构，而是在构造网络的过程中，对拓扑结构进行某些限制。
[0023] 对该二种网络拓扑结构进行比较，对星状网络来说，子节点完全可W由电池供电， 耗电量比较大的就只有协调器一个；而对于对等网络来说，它的一个协调器和多个路由器 都需要大量的电能；在可靠性上，由于星型网络的结构简单，子节点直接与协调器相通信； 对等网络要经过路由传送，一旦路由节点痛疾，子节点将失去与主节点的通信；星型网络传 输时延要小于对等网络；最重要的是星型网络造价更低。所W本设计选择星型网络作为无 线传感器网络的拓扑结构，来实现无线医疗监护系统的病人体温监测设计。
[0024] 2、通讯芯片的选择 Zi浊ee作为一种短程无线通信协议，已经日益为大家所熟知，它的特点主要就是低功 耗，成本低，低速率，时延短，高容量，高安全，可组网。对于紧张的能源需求，Zi浊ee有它 自己的优势，用无线替代有线，可W节约电缆成本，而低功耗又可W节约电力的需求，该都 符合当今的潮流趋势、正是因为Zi浊ee具有广阔的市场前景，所W引来了全球众多厂商的 青睐，目前市场上主要的Zi浊ee芯片提供商有；TI/CHIPC0N、EMB邸(ST)、巧順IC (捷力）、 FREESCALE、MICROCHIP。他们纷纷推出了各种Zi浊ee无线芯片，无线单片机，Zi浊ee开发 系统。
[00巧]CC2420和CC2430都是TI的第一代Zi浊ee芯片，CC2430和CC2420射频参数相同， 发射功率(Mbm ;接收灵敏度小于-1 ICMbm左右；工作频点；2. 4GHz ;支持Zi浊ee2003，2006 协议。CC2420只是一个收发器，不带处理功能，而CC2430集成了 CC2420的无线功能和一个 增强的8051处理器。
[0026] 作为设计系统里面的必要的通讯设备，在设计系统时就需要我们认真地选用一 款方便且适合自己的Zi浊ee芯片，经过综合分析比较选择CC2430,采用我们所熟悉的通 用MCU，免费全开放全功能协议找，正真低价格单芯片，廉价高性能的开发系统，而且各种关 CC2430的学习教材和大量的参考案例又为本设计提供了帮助。
[0027] 3、传感器温度芯片的选择 因为设计的系统是病人人体体温的监测，所W对采集温度的精度要求较高，自然温度 传感器的选择对系统而言也就变的十分重要的。根据系统所测温的范围和对精度较高的要 求选用接触式测温的方法。传统的接触式温度检测可W使用热敏电阻(例如NTC热敏电阻） 作为温度敏感元件，NTC热敏电阻中的MT系列多用于医疗设备中，它的主要优点是精度高、 互换性好、成本低，但需要后续信号处理电路(温度补偿、AD转换等)，而且需要校准，如果校 准不准确可能使得系统的可靠性相对比较差、稳定性不够好。数字式温度传感器巧日单总线 式的温度传感器)，与传统的热敏电阻温度传感器不同，它能够直接读出被测温度，通过简 单的编程实现数字值的读数方式，此外数字式温度传感器还易于被嵌入能减少应用开发的 成本和时间，基本的信号传送只要求一条信号线。此类芯片在检测电已把被测信号数字化 了，因此在单总线上传送的是数字信号，该使得系统的抗干扰性好，可靠性高，传输距离远。
[0028] 德国ZMD公司生产的Tsic506数字式温度传感器，精度高且用户不需要再校准。 Tsic506与现在比较常用的单总线温度传感器DS18B20相比较的对比如表1所示
【权利要求】
1. 一种医疗无线体温监测方法，其特征在于：该方法以ZigBee技术为基础，通过无线 通讯方式实时监视病人体温。
2. 根据权利要求1所述的医疗无线体温监测方法，其特征在于：该方法是建立一个以 ZigBee的星型网络拓扑结构为设计基础的主节点和至少2个从节点的无线传感网络结构， 实现数据的无线传输，定时采集人体体温，并通过无线传感网络将采集得到的数据依次向 主节点发送，主节点收到数据后通过串口传给上位PC机显示并进行监视。
3. 根据权利要求2所述的医疗无线体温监测方法，其特征在于：所述的从节点为连接 数字温度传感器TSic506,采用CC2430为该从节点的处理器芯片，完整的从节点系统还应 构造一个外围电路，外围电路需要32MHz晶振Y1为内部微处理器提供时钟源，射频部分采 用单极天线，并采用非平衡变压器，分立器件L321、L331、L341以及C11构成非平衡变压器， 用来连接差分输出端和单极天线，并在天线到RF引脚的反馈传输线设计阻抗匹配，该阻抗 由非平衡变压器和PCB微带传输线组成。
4. 根据权利要求3所述的医疗无线体温监测方法，其特征在于：采用E - LINE封装形 式的TSic506与从节点的处理器芯片连接，设计一个RC滤波电路作为连接数字温度传感器 与CC2430外围连接电路，RC滤波电路中C连接数字温度传感器的V+和地，选择PL 1 口连 接ZACwire，用P1.6 口为Tsic506供电，C2430选择端口工作模式。
5. 根据权利要求2所述的医疗无线体温监测方法，其特征在于：从节点电源模块采用 TPS60210转化器来实现电压稳压输出。
6. 根据权利要求4所述的医疗无线体温监测方法，其特征在于：在TPS60210与CC2430 的连接电路中将LBI脚直接连接到地，或者不连接LBO脚。
7. 根据权利要求2所述的医疗无线体温监测方法，其特征在于： 该从节点温度信号采集处理方法为测量起始位下降沿和上升沿之间的时间，即在下 一个下降沿开始采样ZACwire的信号，直到看见ZACwire信号的上升沿，该计数的值就是 Tstrobe，在获得Tstrobe后，MCU等待下面9个下降沿，在每个下降沿后，MCU等待Tstrobe 期满，然后采样下一个位，在一个噪声环境中，当ZACwire要驱动长时间大于2m时，相互连 接的MCU需要奇偶校验位，对于在没有噪声干扰环境中的系统，可以选择让MCU忽略奇偶校 验位。
8. 根据权利要求2所述的医疗无线体温监测方法，其特征在于：从节点加入网络方法 为调用aplJoinNetworkO函数加入当前的网络协调器，当处在网络内的一个设备允许一 个新设备加入网络时，这两个设备就构成了父子关系，新加入的设备是子设备，第一个设备 是父设备，一个子设备可以通过下面两种方式加入网络：通过MAC层的连接association 过程加入网络，或者由先前指定的父设备直接加入网络，一个孤点设备通过孤点方式加入 或重新加入网络。
9. 一种医疗无线体温监测装置，包括PC显示器（1)，其特征在于：主节点（2)与PC显 示器（1)连接，至少2个从节点（3)与主节点（2)通过无线方式连接。
10. 根据权利要求8所述的医疗无线体温监测装置，其特征在于：所述的主节点（2)与 从节点（3)是以ZigBee的星型网络拓扑结构为设计基础构成的无线传感网络结构，其中所 述的从节点（3)为连接数字温度传感器TSic506,采用CC2430为该从节点（3)的处理器芯 片，完整的从节点系统还应构造一个外围电路，外围电路需要32MHz晶振Y1为内部微处理 器提供时钟源，射频部分采用单极天线，并采用非平衡变压器，分立器件L321、L331、L341 以及C11构成非平衡变压器，用来连接差分输出端和单极天线，并在天线到RF引脚的反馈 传输线设计阻抗匹配，该阻抗由非平衡变压器和PCB微带传输线组成。
11.根据权利要求8所述的医疗无线体温监测装置，其特征在于：采用E - LINE封装形 式的TSic506与从节点的处理器芯片连接，设计RC滤波电路作为连接数字温度传感器与 CC2430外围连接电路，RC滤波电路中C连接数字温度传感器的V+和地，选择PL 1 口连接 ZACwire，用P1.6 口为Tsic506供电，CC2430选择端口工作模式。
【文档编号】A61B5/01GK104224136SQ201410352534
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】任瑾, 龚圣高, 季奥颖, 王伟成 申请人:贵州大学