基于ZigBee的无线病房呼叫系统便携终端的设计

摘要

近年来，ZigBee技术作为一种新兴的短距离无线通信技术，因其具有低功耗、低成本、低传输速率、网络容量大等特点而被广泛关注。本文依据ZigBee技术设计了一种无线的病房呼叫系统的便携终端。便携终端包括路由设备和终端两种，其中的便携终端可以配发给患者和医护人员。
　　 本文首先分析了我国医院对病房呼叫系统的实际需求，针对医院所需的安全性、稳定性、灵活性、低功耗、成本等因素设计了本文的无线病房呼叫系统的总体解决方案。该方案克服了传统有线方案中无法方便的增加或减少系统节点，具有病人可随身携带及方便使用的特点，可以提高医护人员的工作效率及对病人的服务水平。其次，在比较了三种ZigBee实现方案后，从设计的灵活性和可扩展性出发采用MCU和RF收发器分离的双芯片研究方案。在硬件设计中将便携端分为了呼叫模块和无线通信模块两个部分进行设计。其中呼叫模块选用了TI公司的MSP430FG4618为核心芯片，设计了显示电路、电源电路、报警及按键电路、实时时钟、温度传感器等模块。无线通信模块采用了Chipcon公司的CC2420为核心芯片。呼叫模块和无线通信模块之间采用SPI接口进行通信并给出了便携端呼叫模块和无线通信模块的低功耗设计。因此，病人使用的便携端可以实现病人呼叫时的声、光报警功能，并将床号、呼叫内容和呼叫时间等信息通过无线网络传输到主控中心和医护人员使用的便携端等功能。同时，系统的设计具有很强的扩展性，在接入其它医疗传感器后便可成为功能更强大的无线医疗监护系统。最后，根据医院的实际需要，论文设计了无线病房呼叫系统网络的ZigBee组网设计，使无线病房呼叫系统可以实现方便的组网并给出了具体的网络建立过程和软件设计。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究目的与意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.2.1 国外研究现状及发展趋势

1.2.2 国内研究现状及发展趋势

1.3 论文的主要研究内容

第2章 ZigBee技术概述

2.1 几种主流短距离无线通信技术的比较

2.2 ZigBee协议解析

2.2.1 ZigBee网络物理层

2.2.2 ZigBee网络MAC层

2.2.3 ZigBee网络网络层

2.2.4 ZigBee网络应用层

2.3 ZigBee网络中的设备及节点类型

2.4 ZigBee网络的拓扑结构

2.5 本章小结

第3章 无线病房呼叫系统设计

3.1 系统需求分析

3.2 便携终端主要的技术指标

3.3 无线病房呼叫系统方案的总体设计

3.3.1 无线解决方案设计

3.3.2 系统便携及路由设备硬件方案设计

3.4 系统便携端呼叫模块设计

3.4.1 MSP430FG4618控制电路及液晶接口电路设计

3.4.2 实时时钟及温度传感器电路设计

3.4.3 电源电路及报警按键电路设计

3.4.4 呼叫模块的低功耗设计

3.5 系统无线通信模块设计

3.5.1 无线通信模块电路设计

3.5.2 与呼叫模块接口及初始化设计

3.5.3 无线通信模块的低功耗测试

3.6 便携终端达到的性能

3.7 本章小结

第4章 无线病房呼叫系统的组网设计

4.1 系统的无线网络方案设计

4.2 ZigBee协议栈的实现

4.2.1 搭建协议栈总体架构

4.2.2 协议栈的原语实现

4.2.3 各模块调度及工作机制

4.3 ZigBee基本帧的构成

4.4 ZigBee网络中的寻址及路由选择

4.5 系统无线网络路由的算法

4.6 系统网络的组网实现

4.6.1 网络拓扑结构的实现

4.6.2 组网算法设计

4.6.3 组网实现

4.7 软件设计

4.8 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间所发表的学术论文

致谢