ZigBee无线技术应用于监护设备的解决方案及优势
时间：2011-12-20 12:31:23
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[导读] 序言 现在，在许多人们最关心的日常事务中，对健康的关心排在了靠前的位置。对健康的关心程度可通过昂贵的保险费用、降低的生产力甚至雇员的调整直接影响到公司的盈亏。然而，对健康关心，与比财务问题相比是个更深
序言
现在，在许多人们最关心的日常事务中，对健康的关心排在了靠前的位置。对健康的关心程度可通过昂贵的保险费用、降低的生产力甚至雇员的调整直接影响到公司的盈亏。然而，对健康关心，与比财务问题相比是个更深层次、更个人化的问题。2/3超过 65岁的人需要长期护理，所需长期护理的平均时间超过3年，而绝大多数人在某些程度上都有可能受此影响。因此，随着人均寿命的持续提高，高质量的长期护理就成为了全世界关注的焦点。
通过在病人家中的远程协助，自动监护系统可帮助增加病人的安全性，改善生活质量。很不幸的，现在大多数监护系统仍然要限制病人的自由行动。然而，新近的无线技术使得病人摆脱医疗器械的束缚，自由行动成为了可能，同时又为护理者提供了更高效的建立护理网络的方法。这也使得健康工作者在这个过程中监护病人们成为了可能。
长期护理
长期护理包含了多种改善或维持病人生活质量而设计的服务。当有许多条件可要求长期护理时，高龄是寻求长期护理的第一条件。1900年，美国的人均寿命是49.2岁。到1997年，这一数字已增加到了76.5岁 。另外，1999年10％的人口为
老年人（60岁及以上），到2050年，这一数字将会增加到20％ 。
我们如何在优化病人护士比率的同时增加病人长期护理的安全性、改善其生活质量？对这个问题的地关注在病人、家属、护理提供者及商业公司中持续增长。 2000年，光在美国的救济所就有平均1，400，000的患者。这些患者的护理要求大相径庭，18％抱怨护士常驻家中，而10％的患者则生了压迫性溃疡（褥疮）［5］。
图1，人均寿命
表1，ZigBee技术与其他无线协议的比较
ZigBee技术和IEEE® 802.15.4
因为长期护理是21世纪的问题，所以我们用21世纪的方案去解决。对于医疗护理者来说，快速、准确访问患者信息能提高护理质量。医疗对策不仅仅局限于患者床边，护理质量往往取决于护理器械之外的与临床医生实时共享病人生理数据的能力。这意味着临床医生可以基于实时临床实验研究结果，立即给主治医师提供反馈，同时还能跟踪在医院之外的治疗途径和效果，从而改进以后的治疗方法。
ZigBee技术被很快证明能有效应用在这些应用中，用于帮助患者摆脱自动监控设备的束缚，获得更大的自由行动能力。通过提供低成本、低功耗的无线技术，利用网状网络，它就能覆盖大厦和公共机构。ZigBee技术可以配置到许多产品中，以帮助确保对患者更好的的护理和更有效的护理跟踪。
为什么ZigBee能为生命监护提供理想的无线技术
一个用于长期护理的ZigBee网络包含患者监护系统和与监控中心或护理站通信的类似移动设备的网络组成。无线监控设备负责通过网关反馈数据给监控中心维护数据的服务器。这些数据可被医生、护士和其他专职护理人员访问，当有情况改变时提醒他们注意。无线监控也为公共机构出于责任和保险需求的目的提供监护跟踪。
图2，远程病人监控系统
图3，MC13224PiP原理图
长期护理患者所需的远程自动监控系统
远程自动监控系统可分为多种，包括：
患者监控
行动监控
安全监控
事件捕捉
患者监控系统通常检查生命迹象，如心跳速率和体温，或者疾征兆如血压和血糖等级。ZigBee可以用来传输数据到网关，当这些数据中的某个值超出极限时提醒监控人员。自动监控系统甚至可以设计为执行特殊命令。举个例子：监控血糖等级，根据预设间隔值记录血糖数据。如果血糖等级超出极限值，就自动注射胰岛素。
图4，MC1321x家族结构框图
行动监控系统监控每天的行动。记录的数据可用来分析变化。从每天的运动或锻炼中，用加速度传感器跟踪运动数据是非常简单的。这些数据可与从患者身上采集的信息（如心跳速率）作比较，以确定一定量的锻炼对身体有多少作用。人体行动可以被跟踪任意长时间，然后与历史数据相比，以鉴别某种倾向。甚至可以利用行动监测系统来提醒患者做运动，或者提醒护理人员患者是否做了运动。
图5，MCF5223x家族系统框图
安全监测系统以事件提醒或潜在的可能影响患者安全的事件提醒为目标。如：当患者离开监测区域，监护者会收到提醒，并重新定位患者所在区域。
事件捕捉系统记录患者相关事件和监护者响应情况。这是重要的健康护理信息，并能保证事件信息和相应行动能被快速找回并检查。
飞思卡尔使得ZigBee技术能应用于医疗器械
飞思卡尔家族的ZigBee技术为医疗监护应用的需求提供了完美的低成本、低功耗、高集成度和高性能的解决方案。这些解决方案中包括了系统级封装（SiP）的8位MC13213，32位ColdFire® 嵌入式控制器和平台级封装（PiP）的32位MC13224解决方案。
MC13213 SiP集成了MC9S08GT微控制器（MCU）和MC1320x射频传输器到一个9×9mm的LGA封装中。MC13213 SiP系统提供了60K flash和4K RAM。通过使用适用于MAC的IEEE 802.15.4或ZigBee协议栈，MC13213 SiP系统就是一个相当好的需要网状网络的传感控制器应用。
ColdFire MCF5223x家族包含了一个提供32位控制器和以太网接口的单芯片解决方案。它包括一个10/100快速以太网控制器（FEC）和以太网物理层（EP
HY）以及一个V2 ColdFire核心，使得它价位合理并拥有优越的性能。MCF52235嵌入式控制器为设计者提供了集成以太网平台的合适的外设和储存器大小，大大缩短了开发时间和成本，帮助产品快速上市。
飞思卡尔的第三代MC13224是运用ZigBee技术的医疗应用的理想平台。它能为减小产品大小和降低产品成本提供关键技术改进，这对于穿戴在身上的设备来说尤为重要。高度集成的低功耗设计能使电池的续航能力大大增加，而且只需要一个外接电源和一个50欧姆的天线即可完成此方案。32位ARM7™核心处理器拥有充足的储存空间，能在单个IC上运行ZigBee协议栈和用户应用程序。
飞思卡尔ZigBee解决方案不只包含了芯片本身而已，而且还包括了软件、开发工具和参考设计来帮助简化开发。飞思卡尔的ZigBee适用的BeeStack™和BeeKit™无线工具包提供了配置网络参数的简单软件环境。这个工具使得用户可以用向导和下拉菜单来帮助它们配置ZigBee网络参数，而竞争对手的解决方案却使用户不得不通过改动代码来配置网络参数。
同时，像MC13224这样的PiP解决方案简化了射频设计，用户则可不必有专门的经验来保证设计的鲁棒性和最优性。所以，飞思卡尔已经为客户在这方面做了许多工作，搜集了许多参考设计，用户可以拿到它们的BOM、印刷电路板文件和原理图，并可以通过简单拷贝参考设计来集成到用户自己的产品中［6］。提供一个完整的平台方案可以帮助用户缩短产品开发时间并快速占领市场。
应用实例：RF Technologies ®
飞思卡尔的客户之一，RF Technologies，健康监护方案的先驱。该公司已经基于ZigBee技术开发了许多用于改善健康和患者安全的产品，同时为监护者提供跟踪和责任。如：Code Ale公司集成了护理管理方案，其中包括随身穿戴的紧急挂件式呼叫器，这样使得患者可以在它们需要帮助时呼叫监护人员。软件记录下呼救，同时紧急通知将以文字信息或邮件被发送到系统中的电脑和任一移动设备。当监护人员到达帮助患者时，就可以通过按下呼叫器上的一系列特殊编码来记录下事件并给系统一个回应。这能帮助监护人员确定患者已及时得到照料，并且能提供事件响应时间和突发事件场所信息，设备或管理人员就可评估事件责任。
RF Technologies采用了ZigBee技术的低成本、高可靠性和低功耗的优点。商务发展副总裁，James Herman说：“ZigBee完美地满足了我们对数据采集、带宽和通信的需求。没有其他规格的产品能提供相同的优点，而ZigBee能在我们用户的环境下很好地工作。用户同样也想要一个这样的平台，而且他们对昂贵的并且锁定单一来源关联的私有平台感到厌烦。”
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