1、 本科毕业论文（设计） (2013 届 ) 一种基于物联网的医疗监护系统 的 设计与 研究 院 系 计算机科学与技术系 专 业 计算机科学与技术 姓 名 指导教师 职 称 助 教 学号 ： 1110211011 合肥师范学院 2013 届本科毕业论文（设计） 一种基于物联网的 医疗监护系统 的设计与 研究 摘 要 本文研究了远程医疗领域的相关知识，提出了一种基于物联网的新型远程医疗监护系统设计方案，该系统利用物联网技术，使用人 体传感器采集病人生理信号并对其进行分析、处理，并通过 Zigbee 无线传感网络将生理数据传送至控制端，由控制平台再经互联网传输到远端医疗服务中心，供医护人员实时监控和
2、诊断，从而实现对患者生理状况的远程实时监护。 Zigbee 无线传感网络的设备节点处理器芯片采用最新的 CC2530 芯片，具备很好的抗干扰性和低功耗性能，可较好地适应远程监护系统的长期稳定运行。 该远程医疗监护系统设计方案主要针对一些慢性病患者对于长期远程医疗监护的迫切需求而设计。系统可以为医疗人员远程获取准确的患者生理监护数据，在很大程度上缓解医疗系 统的工作压力，并减轻慢性病患者在经济和心理上的多重负担。随着计算机、通信技术和物联网技术的快速发展，远程医疗监护会成为未来医疗服务领域的应用趋势，文中所设计的远程医疗监护系统方案在未来社会生活中具备很好的应用前景。 关键词 ： 物联网 Zig
3、bee 远程医疗 CC2530 芯片 传感器 合肥师范学院 2013 届本科毕业论文（设计） ABSTRACT This paper studied the knowledge in the field of telemedicine, a new type of remote medical monitoring system based on Internet of things is put forward, the system uses the technology of the Internet of things, human body sensors are used to c
4、ollect the patients physiological signals and analyze the results, and through the Zigbee Wireless senor network the physiological data will be transmitted to the control side, then the control platform transmit these data to a remote medical service center for real-time monitoring and diagnosis of
5、doctors so as to realize the remote real-time monitoring for the patient physiological condition .The node processor chips of Zigbee wireless senor network use the latest CC2530 chips, having good anti-interference performance and low power consumption, so it can better adapt to the long-term stable
6、 operation of remote monitoring system. The remote medical monitoring system is mainly designed for some patients with chronic disease in urgent need of long-term remote medical monitoring. The System can help access to accurate physiological monitoring data of patients, a large extent it relieves t
7、he pressure of the health care system and reduces the multiple burdens of chronic disease patients in the economic and psychological. With the rapid development of computer, communications technology and the Internet of things technology, remote medical monitoring will become the future trend in app
8、lication of the field of medical services, it has good application prospects in the future social life. Key words: The Internet of things Zigbee remote medical CC2530 chip sensor 合肥师范学院 2013 届本科毕业论文（设计） 目 录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 物联网与远程医疗监护系统的概述 . 1 1.2 课题研究的背景和意义 . 3 1.3 远程医疗的发展状况 . 4 1.3.1 国外发展状况 . 4 1.
9、3.2 国内发展近况 . 5 1.4 论文的研究内容和结构安排 . 6 1.4.1 论文的主要研究内容 . 6 1.4.2 论文的结构安排 . 7 第 2 章 无线网络通信技术 . 8 2.1 无线传感器网络的简述 . 8 2.2 不同无线通信技术的对比与选择 . 10 第 3 章 基于 Zigbee 技术的无线通信网络 . 12 3.1 Zigbee 技术简介 . 12 3.2 Zigbee 通信技术原理及其拓扑结构 . 12 合肥师范学院 2013 届本科毕业论文（设计） 第 4 章 远程医疗监护系统的研究与设计 . 17 4.1 远程医疗监护系统的总体设计 . 17 4.2 远程医疗监护
10、系统的硬件设计 . 19 4.3 远程医疗监护系统的软件设计 . 22 第 5 章 总结与展望 . 25 5.1 研究总结 . 25 5.2 工作展望 . 25 致 谢 . 27 参考文献 . 28 合肥师范学院 2013 届本科毕业论文（设计） 1 第 1 章 绪论 1.1 物联网与远程医疗监护系统的概述 众所周知，物联网时代正在迅速向我们走来，它是 21 世纪信息技术的重要发展方向。其英文名被称为“ The Internet of things”。物联网并非是一个全新的东西，它的核心和理论支持依然是互联网，它是在互联网层面上延续和扩展的任何物体与物体之间通过射频天线技术、红外遥感装置和条形
11、或二维扫描等信息传感设备，按照事先约定好的协议与互联网相连接并进行数据交换和通信的一种网络 1。 物联网简易图如下图 1-1。 图 1-1 物联网结构示意图 从技术架构上来看，物联网可以分为三层：感知层、网络层和应用层。其中，感知层由各种传感器以及传感器网关组成，它的作用相当于人的眼耳口鼻和皮肤等神经末梢，它是物联网识别物体、采集信息 的来源。网络层由各种有线和无线通信网络、互联网等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的数据。 应用层相当于物联网与用户之间的接口，它与具体的用户和行业需求有关。 物联网中的“物”并非传统意义上的一般物体。能够称得上物联网的“物”必须具备以下几
12、个特点：有相应的接收器和发送器；具备一定的存储功能；有 CPU； 还要有专门的应用程序以及数据传输通道；在网络中要有自己唯一的可以被识别的编号等。 在物联网时期， 计算机将发展到与普通事物无法分辨， 即形态上“普物化”、功能上“泛在计算”。只要在物体中嵌入一个芯 片，就能让该物体的有关信息通过互联网传输出去，同时还能利用远程计算机对物体进行控制，那是 网络将无所不在地融入人们的日常生活中， 为人所用、为人不知， 即“泛在网”。 合肥师范学院 2013 届本科毕业论文（设计） 2 物联网的用途十分广泛，遍及家居智能控制、智能存储和运输、环境保护与监测、工业全自动化、军队一体化和远程医疗监护等众多
13、领域。可以说，物联网的出现为远程医疗提供给了良好的发展前景。 物联网应用领域图表如下 1-2 所示。 图 1-2 物联网的应用示意图 传统的医疗监护体系往往不能将病人的情况及时、准确的反馈给医疗专家，而且受到时间和地点的限制，病人大都在 指定的时间，指定的地点接受医生的检查，从而导致延时就医和误诊。因此，急需要一种能对病人的身体状况进行实时监控的系统，将病人的生理信息及时准确的传给医生，做到及时发现、及时诊断、及时医治，而且也不影响病人的正常活动，然他们能够在自然状态下接受检测。远程医疗监护系统的应用正好满足了人们的需求，它可以让病人远离住院的痛苦、减轻患者家庭的经济负担，同时也缓解了就医难、
14、看病贵的问题。为把家庭作为医疗监护的主要模式提供了可能性。 不同的时期人们对远程医疗的理解和定义有所不同。早期因为受到各种技术的限制，远程医疗仅仅被定 义为：利用固定电话或电报对远地病人实施的一种简单的医疗处理。现如今随着各种通信技术和计算机技术的发展， 远程医疗监护的定义是：利用传感器将采集到的病人生理信息数据或医学信号通过电子信息技术和网络通信技术传输到医院的监护中心并对数据和信号进行分析、处理，及时将分析结果反馈给医生，以便医生做出准确诊断和建议的医疗技术 2。远程医疗系统示意图 1-3。 合肥师范学院 2013 届本科毕业论文（设计） 3 图 1-3 远程医疗系统示意 图 远程医疗的发
15、展已有 40 多年的历史， 它 的发展 历程 大概 可以分为 3 个阶段：第一阶段 也称为萌芽阶段从 上世纪 60 年代初期到 80 年代 中期 ，由 于受计算机和通信技术的限制，主要利用电话或电报对 那些 不能前来的远地病人实施的一种简单、特殊的医疗护理 ； 第二阶段 也叫做革命性阶段开始于上 世纪 80 年代 后期 ，因为通信技术的 发展 和不断成熟，涌现出了一大批 有价值的 远程医疗项目 ， 国际各大知名医院 之间 开展 远程 医 学研究，探讨各种疑难杂症 ， 各国国内也增加医学交流，建立并完善各自的远程医疗水平；如今第三代远程医疗时代 亦称高潮阶段， 正在不知不觉中向我们走来， 这时期
16、的远程医疗正在向着微型化、多样化、智能化、一体化等方向发展，更加自然地融入到人们的日常生活中 。 与前二代远程医疗相比， 第三代远程医疗 具有如下得天独厚的特征：通过公共通讯网络提供服务，使医疗服务入口变得相对较容易些；提供了到桌面的图形化界面服务，使维护变得比较简单；多方位的立体化发展空间，项目的发展越来越趋于商业化，动机也变得更加单纯化 3。 1.2 课题研究的背景和意义 近几年，虽说国内一直都在进行医疗体制改革，在县级医院实行医院和药房的分离体制。但总体而言，公有制依然是目前国内的大型医院的主要形式，由于医疗制度和医疗资源分配上的原因，每个科室的医疗专家都喜欢集中在医疗环境和待遇较好的大
17、医院里，小医院的医疗力量相对薄弱，山 区的医疗设施更是简陋至极。正是这些缺陷导致了看病难、看病贵等一系列长期困扰我们的问题，同时医疗资源的严重不足和分布不均衡，是国内医疗的最大障碍。随着人们生活质量的逐渐提升，对各种需求都在不断提升尤其是在医疗服务方面的要求，传统的、单一的医疗方式已经不能满足人们的医疗需要。因此，迫切需要合肥师范学院 2013 届本科毕业论文（设计） 4 一种新型医疗模式的出现，而此时计算机的迅速发展、网络技术和传感器的出现为远程医疗的发展提供了机遇。远程医疗系统的研究在医疗方面有着深远的意义 4： 1) 很大程度上提高了基层医院的医疗服务水平。一些相对较差的小医院通过请大医
18、院的专 家对病人进行会诊，可以提高该医院会诊的准确率。 2) 缓解了医疗人员和医疗器械分布不均衡的问题。更加合理有效的发挥大医院医疗专家的作用，同时缓解了大医院的就医压力，避免了大型医院出现就医人员拥挤的情况。 3) 曾加了医疗专家和医护人员之间的交流机会。远程医学将在医护人员与专业医生交流的广度和深度方面有很大的改善，给医护人员更多的学习机会，同时也减少了不必要的开支。 4) 减轻了患者家庭的医疗经济负担，给患者更多的自由活动时间和空间。病人无需住院，省去了昂贵的住院费。同时，减少了病人检测使得恐惧感。 5) 在特别危险环境下对患者的救 治远程医疗系统发挥了无可比拟的优越性。提供及时的医疗信
19、息和现场环境，让病人与专家在第一时间接触，了解病情以便专家做出及时诊断，减少病情拖延时间。 远程医学教育、远程监护、远程诊断等都属于远程医疗的范畴，本文就是针对慢性病患者而提出的一种远程医疗监护系统设计方案，给患者带来更加自由安心的生活，在未来的社会生活中将有广泛的应用前景。 1.3 远程医疗的发展状况 1.3.1 国外发展状况 在远程医疗系统的研究与 发展 过程中，美国和西欧 这些发达 国家 的发展速度属最快 ，他们起步比较早，国家的资金 和技术的 投入也比较大，因此 远程 医疗 技术要 远远 领先其它国家很多， 同时也 使得远程医疗技术较早的 在这些国家得到 应用 并完善 ， 而 且 他们
20、 采用的通信方式大多是 利用 卫星通信和综合业务数据网，在军事医学、 远程会诊 、 远程咨询 、远程医学信息的远距离传输等方面取得了 很 大的进展。 尤其是在远程医疗系统中的一些子系统发展水平较高，比如医院的信息化系统和 患者的 电子病历以及图片存档等技术都 相当的成熟。 与国内相比， 虽说 美国的远程医疗虽然起步早，但其资产阶级性质的司法制度曾一度阻碍了远程医疗的全面开展。 国外一些研究机构已经研发并推广类似传感器床的监护设备，如图 1-4 所示， 该医疗监护床能对病人的体温和脉搏进行检测。主要考虑到当病人睡觉时，放在身上的传感器节点过于碍事，不能让患者正常的休息，若将传感器节点取下，则又无
21、法测量患者夜间的生理信号变化情况，所以设计了这样一种设备，即使病人在熟睡时，它的生理数据也会被实时监护的。 合肥师范学院 2013 届本科毕业论文（设计） 5 图 1-4 具备传感器的特殊床示意 图 把远程医疗系统作为一个开放性的独立的分布式系统的概念，是美国人在 1988 年首次提出来。它囊括了三方面的技术，即全双工的视听通信技术、计算机网络技术及传感技术。目前在全世界范围内规模最宏大、覆盖范围又最广的远程医疗教育和 远程医疗网络是坐落于美国的乔治亚教育医学系统，它可以从事有线通信、无线通信和卫星通信等 3 种通信活动，它的主要目的是进行远程医疗教育活动，但远程医疗网络也是其中研发的一个重要
22、组成部分。 除了美国之外，世界上许多其他发达国家、发展中国家，甚至是相对落后的国家也都纷纷投入到远程医疗的发展队列。仅仅是欧洲及欧洲联盟联合组织就成立了 4 个关于生物医学方面的工程基地实验室、 10 个规模比较大的医疗研发公司、病理医学实验研发部门就有 20 多个以及由 20 个终端客户共同投入参加的大规模远程医疗系统推广实验项目，它们共同推动了远程医 疗的发展和普及。同时澳大利亚、中国、日本等国家也相继开展了各种形式的远程医疗活动。 1.3.2 国内发展近况 根据发展阶段的记载，电台服务被公认是世界上最早时候的远程医疗所采用的主要形式，其目的是用来向那些跨洋远航游轮上的工作人员及游客提供突
23、发性的应急医疗咨询服务的。据有关资料记载，国内最早一次的远程医学活动被普遍认为是 1986 年的时候广州远洋货船上的工作人员利用电台向有关医疗部门报告了该船上一名突发急诊患者的病情，进而实现了国内跨洋会诊的先列 5。但是国内具有真正里程碑意义的远程医学活动严格上来说是从上世 纪 80 年代才开始的。例如：解放军武警总医院通过国家专用卫星利用远程卫星通信技术与德国的一家知名医院在 1988 年进行了一次有关神经外科病例的研究讨论。又如上海教育科研网和上海医大联合举办的远程医疗会诊项目与 1995 年正式启动，并成功设立了远程医疗会诊研究室。运行在网络上该项系统，具有极强的交互式动态图像显示功能 6。
