【文章內(nèi)容簡介】 據(jù)的融合以及相關數(shù)據(jù)的計算，基于計算所得的規(guī)則智能醫(yī)療軟件設計。 第五章：主要介紹了模糊控制算法簡析，模糊控制算法對用戶的需治療程度的分類，基于所得規(guī)則的監(jiān)控軟件的設 計，兩端數(shù)據(jù)庫的編寫。 第六章：主要介紹了 TCP/IP 協(xié)議族的相關內(nèi)容，基于 Socket 的客戶端及服務器端的程序設計。 第七章：對本課題的總結(jié)及對研究課題的發(fā)展預期。 本章小結(jié) 本章作為論文的緒論部分，首先論述家庭遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的背景意義，通過查詢文獻資料對國內(nèi)外遠程醫(yī)療的發(fā)展的現(xiàn)狀做出了介紹，然后介紹了本課題所研究的主要內(nèi)容及其所要達到的預期目標，最后說明了該論文的創(chuàng)新點所在及論文章節(jié)的介紹。 第二章 家庭硬件平臺的設計 系統(tǒng)的整體構(gòu)架 本系統(tǒng)主要由三部分組成，包括醫(yī)學數(shù)據(jù)采集工具部分、用戶電腦部分和醫(yī)療中心部分。如圖 1 圖 1 系統(tǒng)的整體構(gòu)架 醫(yī)學數(shù)據(jù)采集工具部分主要由測量生理數(shù)據(jù)的電子醫(yī)療模塊組成，如血壓測量工具，溫度測量工具， ZigeBee 無線傳感器（第三章介紹）等組成。醫(yī)學數(shù)據(jù)采集工具部分的功能主要為負責將家庭用戶的生理信息進行測量，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。用戶電腦部分主要由 ZigBee 協(xié)調(diào)器及用戶電腦上的智能醫(yī)療軟件和本地數(shù)據(jù)庫組成。用戶電腦部分的主要功能為接收醫(yī)學數(shù)據(jù)采集工具所采集發(fā)送的生理數(shù)據(jù)，通過電腦上的智能醫(yī)療軟件對家庭用戶做出合理的醫(yī)療建議，同時將用戶每次測量的數(shù)據(jù)保存到本地數(shù)據(jù)，方便用戶查詢以往的測量信息，然后將數(shù)據(jù)上傳到醫(yī)療中心數(shù)據(jù)庫。醫(yī)療中心部分主要由醫(yī)療中心端數(shù)據(jù)庫，用戶狀態(tài)監(jiān)控軟件，醫(yī)務人員組成。醫(yī)療中心部分的主要功能為將家庭用戶上傳的數(shù)據(jù)進行保存，通過用戶狀態(tài)監(jiān)測軟件判斷每個用戶的狀態(tài)，并以最危險的用戶作為優(yōu)先顯示，然后由醫(yī)務人員通過用戶的聯(lián)系方式進行診斷治療。 醫(yī)學數(shù)據(jù)采集工具的設計 相關元器件的選擇 醫(yī)學數(shù)據(jù)采集工具元器件主要由 CC2530 芯片、串口部分、 LCD1602 液晶顯示器、 DS18B20 溫度傳感器 、電子血壓計、 Atmel 接口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接卡組成。 CC2530 芯片：有著 IEEE 的標準、綜合了 ZigBee 技術(shù) 與RF4CE 應用，構(gòu)成了一個多功能的系統(tǒng)。它在材料消耗上的成本很低，但功能強大，可以通過相互之間的連接構(gòu)建一個功能強大的網(wǎng)絡。 CC2530 同樣將 RF 收發(fā)器的高性能融為一身，還具有高性能的 8051 CPU，在它系統(tǒng)內(nèi)可以完成閃存的編程，當然還有許多其它強大的功能。 CC2530 包含不同的閃存版本：包括CC2530F3 CC2530F6 CC2530F12 CC2530F256 這四種， 由于運行模式不同，它的轉(zhuǎn)換時間很短，所以它可以滿足極低功耗系統(tǒng)的需求。 LCD1602 液晶顯示器：由于主控芯片選擇了 CC2530 芯片，以及功能需求的廉價低功耗，所以選擇了 LCD1602 液晶顯示器。 其主要要特性： （ 1） 工作電壓，內(nèi)含復位電路 （ 2）具有多種控制命令 （ 3）顯示數(shù)據(jù)存儲器的存儲容量共為 80 字節(jié) （ 4）比起其他相同規(guī)模的顯示器其體積小，重量輕 （ 5）可以提供多個 5X7 的字符發(fā)生器由開發(fā)者使用 Atmel 接口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接卡： DS18B20 溫度傳感器：其為平常主要使用的溫度傳感器，成本極低，個體小易擺放，有著較高的抗干擾能力而且在精度上也是很準確的。 電子血壓計：它可以一次性檢測出多種生理數(shù)據(jù)，并能通過 USB 接口，ZigBee 無線網(wǎng)絡將這些生理數(shù)據(jù)發(fā)送出去。 溫度采集工具的設計 溫度采集工具部分主要由 CC2530 芯片、串口部分、 LCD1602 液晶顯示器、DS18B20 溫度傳感器等元器件組成。主要的功能為連續(xù)采集 3 次家庭用戶的身體體溫，然后再 LCD1602 液晶顯示器上顯示出來，然后通過 ZigBee 無線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。該工具的電路圖如圖 2,3,4,5,6。每一個溫度采集工具作為一個 RFD 節(jié)點，將所有工具進行 ZigBee 組網(wǎng)。 圖 2 CC2530 芯片 圖 3 電源部分 圖 4 串口部分 圖 5 DS18B20 圖 6 LCD1602 相關電路圖的主要介紹： （ 1） .電源部分：主要功能就是為整體硬件供電，并提供合適的電壓，該部分采用了 芯片，將外部 5V 電壓轉(zhuǎn)換為該硬件設備需要的 電壓進行供電。 （ 2） .DS18B20 溫度傳感器部分：主要功能為采集溫度值，通過選用 cc2530主控芯片的 來作為 DS18B20 數(shù)據(jù)讀取引腳。 （ 3） .LCD1602 部分：采用 LCD1602 對獲取的數(shù)據(jù)進行顯示。其顯示原理 為 通過其自身的物理性質(zhì)，利用電壓在其各部顯示區(qū)域進行操作處理，當有電壓時就會顯示對應的圖形。該課題中 LCD1602 共分為上下兩行顯示，第一行顯示為 “溫度為 ”，第二行顯示為采集到的具體溫度值。 第一行的漢字的顯示原理： 該屏幕上漢字的顯示是通過圖形顯示的方式實現(xiàn)的。首先通過自摸提取軟件提取 “溫度為 ”這三個字的點陣碼，其中每個字大小均為 32B，字體以中間對稱兩邊各為 16B。然后通過在 1602 上已顯示的行列號，每一行的列數(shù)，選擇其顯示RAM 相對應的地址，接著設置光標，將要顯示的第一個漢字 “溫 ”設置第一字節(jié)，在此之后設置光標位置佳 1，再給 “溫 ”字設置第二字節(jié)，以此類推，當整個字體的大小達到 32B，那么該 “溫 ”字就可以整體顯示在 LCD1602 上了。 第二行的字符的顯示原理： 第二行主要顯示采集到的用戶的溫度數(shù)值， LCD1602 顯示器的每一個字符時由 68 或 88 點陣所構(gòu)成的，通過找出屏幕上顯示的對應的幾個位置所對應的 RAM 的 8 字節(jié)，將這些字節(jié)的不同位通過設置 “1”將其點亮，不需要的字節(jié)通過設置 “0”使其不亮，以此來組成需要顯示的字符。同時也可以通過其內(nèi)置字符發(fā)生器的控制器來設置，這樣的方式可以更簡單的設置，該控制器可以設置為用文本的形式工作，通過在 1602 上已顯示的行列號，每一行的列數(shù)，選擇其顯示 RAM 相對應的地址，接著設置光標，寫入符合該字符的代碼就可以顯示了。 主要的程序流程為 :初始化 LCD1602延時設置 設置第一行顯示的位置顯示第一行的內(nèi)容 設置第二行顯示的位置 顯示第二行的內(nèi)容 （ 4） .串口通信部分，采用最常見的設計電路，使用 MAX3232 芯片將 CC2530芯串口出來的 TTL 電平轉(zhuǎn)換成能與 PC 機連接的 232 電平，這樣就可以通過上位機從串口獲取到采集的數(shù)據(jù)。 （ 5） .協(xié)調(diào)器和 RFD 子節(jié)點采用 CC2530 射頻模塊進行設計，它們在硬件上的設計是一樣的，不同的是擔任的角 色，這個有程序控制。圖中所示是射頻模塊的最小系統(tǒng)。 電子血壓計的整體設計 電子血壓計整體設計如圖 7 所示 ,圖中顯示了電子血壓計，和一個 ZigBEE 無線網(wǎng)絡 RFD 節(jié)點。 圖 7 電子血壓計 電子血壓計采集到的生理數(shù)據(jù)，通過一根數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接卡相連，數(shù)據(jù)卡如圖 所示，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接卡通過串口與 CC2530 芯片相連，圖 為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接卡和 ZigBee 節(jié)點。采集到的血壓值等數(shù)據(jù)通過 ZigBee 無線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，由另一個 CC2530 芯片構(gòu)成的 ZigBee 協(xié)調(diào)器負責接收，再通過 USB 接口將電子血壓計上的 數(shù)據(jù)送入用戶電腦上的智能醫(yī)療軟件上，再將生理數(shù)據(jù)在本地數(shù)據(jù)庫保存后，會自動把該數(shù)據(jù)通過家中 Inter 網(wǎng)傳輸至醫(yī)療中心的數(shù)據(jù)庫中。 圖 8 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接卡 圖 9 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接卡及 ZigBee RFD 節(jié)點 USB 技術(shù) 因為本系統(tǒng)主要面向的人群是家庭里的中老年人，所以要是系統(tǒng)變得簡單易操作，于是為了減少復雜性，本系統(tǒng)將 ZigBee 協(xié)調(diào)器與用戶電腦相連接的接口選擇為 USB 接口。 USB 主要是用于電腦設備和外部其他設備之間的通訊，它的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)計算機串口應用的單一性，每次支持一個外部設備，都要占用計算機的系統(tǒng)資源，而且為了對不同的外部設備安裝驅(qū)動程序，將需要重新啟動計算機系統(tǒng)。USB 的出現(xiàn)完整的解決了這些問題，他具有即插即用的功能，最主要是不用再 重啟電腦 來更安裝外部設備的驅(qū)動程序。如今 USB 經(jīng)過長時間的發(fā)展，已經(jīng)從， 逐步發(fā)展到 版本，在 ntel、微軟、惠普、 NEC、 STNXP等公司的聯(lián)合協(xié)助下， 的理論速率達到了最高的 ,外部 設備在新一代的 的技術(shù)上，可以更快速的連接到計算機上。 USB 具有如下特點： （ 1）應用便捷 所有外部設備的 USB 接口是一致的，連線簡單。當外部設備連接到計算機上，不需要手動操作，計算機自動將該外部設備的驅(qū)動安裝到計算機上，使用完畢可直接進行熱插拔。 （ 2）應用范圍廣 最新的 USB 技術(shù)，它的傳輸速度已經(jīng)可以被提高到 。它對帶寬的使用率很高，所以當不同外部設備的帶寬不同時，（如無線鍵盤，電子音箱，無限鼠標，移動硬盤），它可以可以同時支持兩種傳輸方式，包括同步傳輸方式和異步傳輸方式。也就是說可以同時支持各種速率的外部設備，最多可以同時支持高達 127 個外部設備。 （ 3）擁有糾錯能力 USB 系統(tǒng)可以隨時控制設備的進入退出。在該系統(tǒng)的協(xié)議中包括了 BUG 傳輸?shù)墓芾恚?BUG 的修復等不同的功能，同時通過分析傳送類型來修正其中所產(chǎn)生的問題。 ZigBEE 協(xié)調(diào)器的設計 Zigbee 協(xié)調(diào)器主要功能： 協(xié)調(diào)器是整個 ZigBee 網(wǎng)絡中相當重要的僅有的一個節(jié)點，它一般位于數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，負責接收所有節(jié)點發(fā)送過來的數(shù)據(jù)并保存，同時它還控制著整個網(wǎng)絡的建立，維護，設備進出網(wǎng)絡等功能。 該系統(tǒng)的協(xié)調(diào)器主要構(gòu)成部分為 CC2530 芯片，串口部分，電源等，相關主要電路如圖 10 圖 10 協(xié)調(diào)器主要電路 實物圖 本章小結(jié) 此章節(jié)主要介紹了家庭遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的總體設計框圖，及該系統(tǒng)三部分的主要功能。然后介紹了醫(yī)學數(shù)據(jù)采集工具主要的元器件選擇。著重介紹了溫度采集工具的設計，電子血壓計的整體設計， ZigBee 協(xié)調(diào)器的設計和 USB 接口的設計。 第三章 ZigBee 網(wǎng)絡的設計 本課題的無線網(wǎng)絡需求 : 本課題的醫(yī)療采集工具與電腦之間的通訊方式，采用無線傳輸方式，傳輸距離近，要求低成本，易操作，低能耗，高性能。 無線傳輸方式的分析 ZigBee 無線網(wǎng)絡 ZigBee 技術(shù)的發(fā)展主要依據(jù)在 標準下，其物理層，訪問控制層直接應用于此標準。 ZigBee 技術(shù)是最近比較流行的無線通信技術(shù)，它主要應用于低能耗、短距離的無線網(wǎng)絡遠程控制領域。它的發(fā)展主要由于藍牙技術(shù)存在一些缺陷，包括復雜度高、能耗大、組網(wǎng)的規(guī)模很小等。為了入手改善這些缺點，人們開始研究ZigBee 技術(shù)的發(fā)展，基于 標準，實現(xiàn)傳感器和傳感器之間的通信連接，在彼此之間的通信中，消耗的能量少之又少，而且在節(jié)點與節(jié)點之間的通信效率也是非常高的。 ZigBee 網(wǎng)絡其自身的主要優(yōu)勢共包括如下幾點： 耗能低：在設備待機的情況下，兩節(jié)五號電池可以維持設備的正常工作，至少可以維持半年到兩年的時間，甚至更多。 廉價：由于它對通信控制器要求不高，而且 ZigBee 的協(xié)議專利的公開免費的，目前市場上一塊芯片的價格大約是 12 元左右。 反應速率快： ZiBee 的應答反應很快，由非工作狀態(tài)切換到工作狀態(tài)需要極短的時間，節(jié)點之間的組網(wǎng)時間同樣極短。 高性能： ZigBee 的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)主要有三種，（星狀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，片狀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)）。一個節(jié)點負責接收信息，其他節(jié)點負責收集信息，主節(jié)點可以管理數(shù)量多達 254 個的子節(jié)點。 安全性高： ZigBee 共三層安全等級，包括非安全設置，訪問控制列表的使用來防止數(shù)據(jù)和高級加密標準（ AES 使用非法訪問 128）的對稱密碼，以合理確定其安全性能。 免執(zhí)照 頻段 。使用（工業(yè)、科學和醫(yī)療）頻段， 915MHz(美國 )， 868MHz(歐洲 )， (全球 )。 ZigBee 網(wǎng)絡的不足之處： 穿透性很差： ZigBee 網(wǎng)絡之間遇到遮擋物的時候，信號很難穿透，在數(shù)據(jù)傳輸過程中如遇到阻擋，則會造成數(shù)據(jù)發(fā)送失敗。 傳輸距離短 :在各個節(jié)點間不進行相互數(shù)據(jù)傳遞的情況下， ZigBee 網(wǎng)絡之間的有效距離最多有 100 米。 抗干擾性能差：如果在 ZigBee 無線網(wǎng)絡中存在一些高功率的設備，那么ZigBee 網(wǎng)絡就會受到很大的影響，數(shù)據(jù)的傳輸會發(fā)送不可預見的情況，接收到的數(shù)據(jù)通常是不完整的。 GPRS 網(wǎng)絡 GPRS 技術(shù)是 2G 移動通信技術(shù)， 3G 通信技術(shù)之間的通信技術(shù)。它的傳輸方式區(qū)別于其他網(wǎng)絡的傳輸方式，它是以封包的形式來傳輸?shù)摹?GPRS 技術(shù)通過使用 TDMA 信道，可以使得數(shù)據(jù)的發(fā)送更加