专利名称：基于ZigBee技术的输液监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种医疗设施，更具体地说是涉及一种基于ZigBee技术的输液 监控系统。
背景技术：
目前各地医院大部分都没有使用输液监控系统，输液过程要依靠病人或者监护人 进行人工监测，待输液结束时通过有线方式呼叫护士来处理。有时候病人睡着了，或者是护 士处理速度慢等意外情形，容易导致回血事件发生，这样给病人和护士都带来很大的心理 压力。而且，这种输液的人工监控方式，由于不能对病人的输液情况进行记录，无法为日后 可能产生的医患纠纷提供更有效的数据。现有科技文献也公开了一些输液解决方案，多是采用有线方式或者是简单的无线 数据发射、接收方式，但其整个系统的建设和更新工程较为复杂，扩展性差，并且，安装在病 床的输液报警器也难以自由、灵活地移动和接入；同时，由于无法实现联网监控，无法记录 病人的输液信息。除此之外，现有的解决方案都不具有护士查房记录功能。
发明内容本实用新型的目的，即在于提供一种能解决上述不足的可对输液过程进行监控、 声图报警，并可记录病人呼叫、病人信息及护士巡查信息的基于ZigBee技术的输液监控系 统。基于ZigBee技术的输液监控系统的各输液监控模块具有低功耗，无线化的特点， 能快速、方便地组网，有效地解决了有线组网方式存在的难题。由于不需要繁琐的布线工 作，建网时间可以大大减少，减少对正常医务工作的干扰时间；无线网络，特别是多用户接 口时，没有有线网络的布线杂乱等问题，维修十分简单快捷；效率更高，可给用户带来更高 的投资效益。更重要的是，本系统具备数据记录功能，能够为日后需要提供历史数据统计， 查询，打印功能。这样就可以大大提高医院的管理水平。为了较好地解决上述问题，本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统包括 有输液吊瓶及其余液量传感器，以及，位于护士站的管理端及位于病房的客户端；其特别 之处在于所述管理端包括有嵌入式主机，及，与该嵌入式主机采用电气常规技术相连的 ZigBee网络协调器；所述各客户端各包括有一个或若干个输液监控模块；所述各输液监控 模块包括有ZigBee模块，所述输液吊瓶及其余液量传感器，以及，与所述余液量传感器及 所述ZigBee模块以电气相连的传感信号预处理电路；所述各ZigBee模块与所述管理端的 ZigBee网络协调器组成无线蜂窝网络。所述ZigBee网络协调器和ZigBee模块可采用内置 有射频收发器和单片机的芯片如CC2430，并设定工作于双向通信模式。CC2430是一颗真正 的系统芯片(SoC) CMOS解决方案，能够提高系统性能并满足以ZigBee为基础的2. 4GHz ISM 波段应用，及对低成本，低功耗的要求。作为对本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统的改进，所述各客户端包括
3有至少一个病房读卡器模块；所述病房读卡器模块包括有病房读卡器，以及，与该读卡器采 用电气相连的ZigBee模块。作为对本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统的另一改进，所述各输液监 控模块还包括有一个病床读卡器；该病床读卡器与所在输液监控模块中的ZigBee模块以 电气方式相连。上述方案中，本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统所采用的余液量传感 器，既可是电容式传感器、也可以是红外传感器或称重传感器，但优选采用双孔悬臂梁式称 重传感器。并进一步地，在输液监控模块中的传感信号预处理电路中，充分利用SOC的特 点，采用64阶FIR带通滤波算法生成的数字带通滤波器，对药液重量数据进行处理，能滤除 因病人活动或者其它因素引起输液瓶摆动或震动造成的干扰。作为对上述基于ZigBee技术的输液监控系统的进一步优化，所述各输液监控模 块还包括有输液续断单元，用于实现输液续断的自动控制；该输液续断单元包括有夹断电 机，受该夹断电机驱动的蜗杆，与该蜗杆相啮合的蜗轮，以及，位于输液管旁侧并用于控制 输液管内液体通断的、与该蜗轮同轴的凸轮；所述夹断电机采用步进电机，并通过驱动电路 与所在输液监控模块中的ZigBee模块以电气方式相连。所述夹断电机、蜗杆、蜗轮、凸轮均 置于一盒状壳体内；输液管的其中一段，通过设在上下盒壁并紧靠一侧壳壁的上、下卡槽， 嵌于该壳体内。当输液完毕或需要人工结束输液时，ZigBee模块根据来自管理端、或病房 /病床读卡器、或余液量传感器传送来的相关输入指令或信号，向夹断电机的驱动电路发出 控制信号，带动所述夹断电机、蜗杆、蜗轮、以及凸轮转动，当凸轮转过一定角时，卡住输液 管，即可实现停止输液；启动输液的情形，同理可推。上述基于ZigBee技术的输液监控系统中，所述护士站嵌入式主机采用PC机、或以 ARM为处理器的主机。上述基于ZigBee技术的输液监控系统中，所述管理端的嵌入式主机包括有数据 接收处理模块，数据存储模块，以及，和/或，触摸屏显示模块，和/或，通信模块，并配置有 读卡器，和/或，触摸显示屏。所述触摸显示模块，包含有输液瓶及其余液量模拟显示单元， 及，余液报警显示单元。所述管理端的ZigBee的网络拓扑体系结构从下往上包括物理层、 数据链路层和应用层。上述基于ZigBee技术的输液监控系统中，所述各输液监控模块中还包括有呼叫 按钮；所述呼叫按钮与所在输液监控模块中的ZigBee模块以电气方式相连。本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统，采用称重法等方式通过传感器对 剩余药液进行实时检测，通过ZigBee无线模块把采集到的数据经过网络协调器，送回嵌入 式管理主机进行处理，处理结果以图形方式在触摸显示屏上实时显示药液的剩余情况，该 系统在保留有传统病人呼叫功能的基础上，还具有余液报警、输液结束夹断功能；结合相 关的软件，可极方便地实现输液信息及护士巡房的记录和查询、数据统计、打印功能(如病 人姓名，输液开始、结束时间、护士巡查病房时间等)，可广泛应用在医院各科室病房、急诊 输液室，能大大提高输液管理水平。同进，由于本系统可有效实现输液的自动监控，并有助 于大大减少护士输液巡查的工作量，因而，可方便营造轻松的输液坏境，有利于改善医患关 系，减少医患纠纷，从而提高病房医疗监护的工作效率。本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统与现有技术相比，具有如下优点和效果a.系统无线化、微型化采用ZigBee无线技术具有多点接入能力及自组网功能， 抗干扰能力强，扩展性好，可靠性高，拓扑性好，功耗低、成本低；b.利用输液监控模块与网络协调器自组网的组网深度及路由信息，可实时记录网 络的拓扑结构变化，并转化成对病人的位置变化及床位调换信息加以监控；c.采用称重法对剩余药液进行实时检测，不影响药性；d.操作简便，具有良好的交互界面，能实时显示剩余药液；e.可对历史数据进行查询，具有护士病房巡查记录功能。f.可实时采集各个病人的输液实时数据、病人的呼叫数据，病房/病床读卡器数 据，并用ZigBee技术无线传输数据，护士站嵌入式主机实时接收数据，并进行有效处理、控 制，从而实现对病人输液过程进行集中监控。g.本实用新型设有自动识别药瓶规格的功能，即无论采用那种规格的瓶子，例如 100ml、250ml、500ml，由输液监控模块识别。
图1是本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统的一个实施例的组成结构原 理示意图。图2是本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统的一个实施例的组成结构原 理示意图。图3是本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统的一个实施例的ZigBee蜂窝 结构组网图。图4是本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统的一个实施例的网络结构优 化图。图5是本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统的一个实施例的护士站管理 端的层次结构图。图6是本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统的一个实施例的病床侧的输 液装置示意图。图7是本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统的一个实施例的输液续断单 元的组成结构示意图。附图标记说明1-夹断电机2-壳体3-蜗杆4-蜗轮 5-蜗轮轴 6_凸轮7_输液管8-呼叫按钮9-输液续断单元 IO-ZigBee模块 11-电池 12-称重传感 器13-上卡槽 14-下卡槽15-ZigBee模块控制盒盒体具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统作进一步 地说明。图1和图2分别是本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统的两个实施例的组成结构原理示意图。如图1和图2所示，本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统包括有位于护士 站的管理端及位于病房的客户端，位于客户端的输液吊瓶及其余液量传感器，以及，所述管 理端包括有嵌入式主机，及，与该嵌入式主机通过RS232相连的ZigBee网络协调器，该网络 协调器采用内置有无线射频电路的芯片CC2430及其外围电路组成；所述各客户端对应各 个病房，各包括有若干个输液监控模块；所述各输液监控模块包括有由芯片CC2430及其外 围电路构成的ZigBee模块，输液吊瓶及其余液量传感器，以及，与所述余液量传感器及所 述ZigBee模块通过I/O 口相连的传感信号预处理电路(图中略去未画出)；所有各ZigBee 模块与所述管理端的ZigBee网络协调器组成无线蜂窝网络。如图1、图2、图6所示的本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统，采用的是 双孔悬臂梁式称重传感器12。该称重传感器12可置于输液瓶挂钩上方的横梁上，也可如图 6所示，水平固定在ZigBee模块12所在的控制盒盒体15上。所采用的传感信号预处理电 路位于ZigBee模块与称重传感器之间，可采用常规技术，具体可包括有干扰抑制、信号滤 波和放大等预处理电路，但可充分利用SOC的特点，采用64阶FIR带通滤波算法生成的数 字带通滤波器，以增强系统抗干扰性能。图1所示的本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统，其各客户端即各病房包 括有一个病房读卡器模块；所述病房读卡器模块包括有病房读卡器，以及，与该读卡器通过 I/O 口相连的ZigBee模块。该读卡器可识别并对射频识别卡进行读写，用于记录护士巡房 等信息。图2所示的本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统，是在各输液监控模块中 包括有一个病床读卡器；该病床读卡器与所在输液监控模块中的ZigBee模块通过I/O 口相 连。配合相关软件，该读卡器不但可用于记录护士巡床信息，还可用于记录护士的插/拔针 等输液管理信息。如图1、图2、图7所示的本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统，所述各输 液监控模块还包括有输液续断单元，用于实现输液续断的自动控制；该输液续断单元9置 于一壳体2内，包括有夹断电机1，受该夹断电机1驱动的蜗杆3，与该蜗杆3相啮合的蜗轮 4，以及，位于输液管7旁侧并用于控制输液管7内液体通断的、与该蜗轮4同轴5的凸轮6 ； 所述夹断电机1采用步进电机，并通过驱动电路(图中略去未画出)与所在输液监控模块 中的ZigBee模块通过I/O 口相连。图7中，夹断电机1、蜗杆3、蜗轮4、凸轮6均置于一盒 状壳体2内；输液管7的其中一段，通过设在上下盒壁并紧靠一侧壳壁的上、下卡槽13和 14，嵌于该壳体2内。本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统中，还在所述各输液监控模块中保 留有传统的呼叫按钮8 ；所述呼叫按钮8与所在输液监控模块中的ZigBee模块10通过I/ 0 口相连。本基于ZigBee技术的输液监控系统中的护士站嵌入式主机，可采用PC机、或以 ARM为处理器的主机。本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统中，所述护士站管理端的嵌入式主 机包括有如图5所示的数据处理模块，数据库访问模块，图形化人机接口模块，网络通信模 块；并配置有读卡器，触摸显示屏。所述触摸显示模块，包含有输液瓶及其余液量模拟显示 单元，及，余液报警显示单元，可根据从各客户端接收到的信号，动态模拟出相对应输液瓶液面的高度，结合相关软件即可方便地实现余液声图报警。所述管理端的ZigBee的网络拓 扑体系结构从下往上包括物理层、数据链路层和应用层，如图4所示，省掉了网络层。本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统，采用TI公司的CC2430射频芯片， 它是具有高性能8051内核的无线单片机，在单个芯片上集成了微控制器、ZigBee RF前端 和数模转换等电路。协议栈根据ZigBee协议自行开发，并可根据应用实际对协议栈进行优 化。由于输液监控模块和病房读卡器模块传输的数据量较小，因此采用易扩展的蜂窝 网络拓扑结构。网络中各节点的IEEE地址进行统一分配，消息目的短地址均已知，因此采 用静态PAN ID、直接消息模式，以免产生网络冲突。主节点COORD扫描信道，如果管理层实 体找到合适通道，则利用所获信息为新网络选择一个PAN标识符。网络建立成功后，可启动 各RFD先后进行MAC层复位、信道扫描、PAN标识符选择、连接请求，若得到COORD的请求确 认和连接响应，则RFD成功入网，另外，根据各节点IEEE地址的唯一性建立了长短地址映射 机制，在整个网络运行中均使用16位短地址模式而非64位长地址模式，以提高网络传输效 率及网络性能。本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统在科室病房应用中，其组网蜂窝结 构图如图3所示，采用无线通信方式，实现了护士站嵌入式主机与各个输液监控模块，各个 病房读卡器模块间的实时通信，具有安装维护方便、稳定性高、抗干扰能力强、功耗低以及 利用率高等优点。系统由护士站嵌入式主机、ZigBee网络协调器、多个病人输液监控模块、 多个病房读卡器模块组成。护士站嵌入式主机位于护士站，管理多个输液模块和病房读卡 器模块，通过无线网值班护士可以同时监控多名病人的输液、呼叫情况。本实用新型基于ZigBee技术的输液监控系统的工作过程输液监控模块首先通 过双孔悬臂梁式称重传感器与预处理电路将药液量转换成电信号，并进行干扰抑制、信号 滤波和放大等预处理；然后通过CC2430内置ADC对数据进行采样、量化，再将转换后得到的 数字信号与病人的呼叫信息一起送入基于ZigBee技术的RF发射器送往网络协调器。网络 协调器将接收到得数据通过RS232送往护士站嵌入式主机。护士站嵌入式主机将多个无线 输液监控模块提供的数据分别进行处理，对各个病人的输液、呼叫情况进行显示、报警。病 房/病床读卡器读取护士的身份卡识别信息，通过RS232送给ZigBee模块，ZigBee模块以 CC2430为核心，经过处理的数据送入到ZigBee技术的RF收发器送给网络协调器。网络协 调器将接收到的数据通过RS232送给护士站嵌入式主机，护士站嵌入式主机对护士巡查的 信息进行记录。在护士站嵌入式主机可以监控整个科室的病人的输液全过程，处理呼叫，并 可对历史数据进行查询、统计、打印。护士站嵌入式主机采用PC或以ARM为处理器的主机， 采用电阻式触摸屏，读卡器以RS232与嵌入式主机相连，打印机以USB方式与嵌入式主机相 连，嵌入式主机具有RJ45网络接口，可与医院服务器相连，提供数据查询和备份。
权利要求基于ZigBee技术的输液监控系统，包括有输液吊瓶及其余液量传感器，传感信号预处理电路，以及，位于护士站的管理端及位于病房的客户端；其特征在于所述管理端包括有嵌入式主机，以及，与该嵌入式主机采用电气相连的ZigBee网络协调器；所述各客户端各包括有一个或若干个输液监控模块；所述各输液监控模块包括有ZigBee模块，所述输液吊瓶及其余液量传感器，以及，与所述余液量传感器及所述ZigBee模块以电气相连的信号预处理电路；所述各ZigBee模块与所述管理端的ZigBee网络协调器组成无线蜂窝网络。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的输液监控系统，其特征在于所述各客户 端包括有至少一个病房读卡器模块；所述病房读卡器模块包括有病房读卡器，以及，与该读 卡器采用电气相连的ZigBee模块。
3.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的输液监控系统，其特征在于所述各输液 监控模块还包括有一个病床读卡器；该病床读卡器与所在输液监控模块中的ZigBee模块 以电气方式相连。
4.根据权利要求1至3之一所述的基于ZigBee技术的输液监控系统，其特征在于所 述液量传感器采用双孔悬臂梁式称重传感器；所述输液监控模块中的传感信号预处理电路 中，包括有采用64阶FIR带通滤波算法生成的数字带通滤波器。
5.根据权利要求1至3之一所述的基于ZigBee技术的输液监控系统，其特征在于所 述各输液监控模块还包括有输液续断单元；该输液续断单元包括有夹断电机，受该夹断电 机驱动的蜗杆，与该蜗杆相啮合的蜗轮，以及，位于输液管旁侧并用于控制输液管内液体通 断的、与该蜗轮同轴的凸轮；所述夹断电机采用步进电机，并通过驱动电路与所在输液监控 模块中的ZigBee模块以电气方式相连；所述夹断电机、蜗杆、蜗轮、凸轮均置于一盒状壳体 内；所述输液管的其中一段，经过设在其上下盒壁并紧靠一侧壳壁的上、下卡槽，嵌于该壳 体内。
6.根据权利要求1至3之一所述的基于ZigBee技术的输液监控系统，其特征在于所 述护士站嵌入式主机采用PC机、或以ARM为处理器的主机。
7.根据权利要求1至3之一所述的基于ZigBee技术的输液监控系统，其特征在于， 所述管理端的嵌入式主机包括有数据接收处理模块，数据存储模块，触摸屏显示模块，和/ 或，通信模块，并配置有读卡器，和/或，触摸显示屏。
8.根据权利要求8所述的基于ZigBee技术的输液监控系统，其特征在于所述管理端 的ZigBee的网络拓扑体系结构从下往上包括物理层、数据链路层和应用层。
9.根据权利要求8所述的基于ZigBee技术的输液监控系统，其特征在于，所述触摸显 示模块，包含有输液瓶及其余液量模拟显示单元，及，余液报警显示单元。
10.根据权利要求1至3之一所述的基于ZigBee技术的输液监控系统，其特征在于，所 述各输液监控模块中还包括有呼叫按钮；所述呼叫按钮与所在输液监控模块中的ZigBee 模块以电气方式相连。
专利摘要本实用新型公开了一种基于ZigBee技术的输液监控系统，包括有输液吊瓶及其余液量传感器，传感信号预处理电路，及位于护士站的管理端及位于病房的客户端；所述管理端包括有嵌入式主机及与该嵌入式主机相连的ZigBee网络协调器；所述各客户端各包括有若干个输液监控模块；所述各输液监控模块包括有ZigBee模块，输液吊瓶及其余液量传感器；所述各ZigBee模块与所述管理端的ZigBee网络协调器组成无线蜂窝网络。本系统通过ZigBee无线模块把采集到的数据经过网络协调器，送回嵌入式管理主机进行处理，处理结果以图形方式在触摸显示屏上实时显示，该系统可极方便地实现输液信息及护士巡房的记录和查询、数据统计及余液报警功能，可广泛应用在医院输液室，能大大提高输液管理水平。
文档编号A61M5/36GK201676355SQ20102019915
公开日2010年12月22日 申请日期2010年5月21日 优先权日2010年5月21日
发明者何展业, 周志龙, 周红锴, 梁向东, 黄政武, 黄洁文 申请人:南宁同展拓电子科技有限责任公司