龙佳乐，凌钟发，胡良沛，李潮平，关佩贤，吴永慎，何伟超

（1.五邑大学智能制造学部，广东江门 529020，2.恩平市兰格电子有限公司，广东江门 529400）

0 引言

病房环境对于病人来说至关重要，是身体恢复健康的必要条件之一。同时，病房环境的好与坏会对手术效果造成一定的影响。而一些重症监护病房对病房内的环境温湿度以及亮度都有严格要求，并非所有的温湿度还有环境光线亮度都适合重症病人养病[1]。随着科技和生活水平的不断提高，人们日益追求高品质的生活，现代医疗环境已不再被看作是单纯的医疗活动空间，不仅仅局限于生物医疗科学，而是一个具有多学科交叉性的新医疗模式，该种人性化的“医疗环境”能够有助于病人快速恢复健康。

由于ICU 病人治疗的特殊性，病人家属一般情况都无法进行探视，陪护工作也都是由专业的医务人员进行；在病房门口等待的家属也都不敢轻易离开，以至于会造成ICU 病房门口经常拥堵很多人，影响医务人员的正常工作。而在病人整个治疗过程中，家属日夜守候在病房外，只能通过医务人员了解病人的情况，心理也是十分焦急。经常会因为不能进入病房内陪护或探视病人的规定与医院发生矛盾，给双方造成不必要的麻烦[2]。

目前，中国的医院病房看护等管理工作仍处于原始的人为干预阶段。这种管理方法效率不够高，而且需要的人力和物力比较大，跟不上现代医学的快速发展步伐。如何实现医院无线检测以及自动化管理成为了当前一个亟待解决的问题。因此，本文基于该种背景下，设计并制作了一款智能病房无线检测系统，希望在这一领域进行一些探索，以促进电子信息技术在该领域的应用。

1 硬件电路设计

本文硬件电路主要由DHT11 温湿度传感器模块、人体红外传感器模块、光敏传感器模块、气体感应模块、STM32F429IGT6最小系统模块、CC2530最小系统模块、指示灯模块、STM32F103RGT6 最小系统模块、SD 卡存储模块、TFTLCD模块、MT8266WIFI模块、电源模块、OV5640图像传感器模块、轻触按键模块、USB接口模块、IAR XLink接口模块、Jlink接口模块和SWD下载接口模块组成，其硬件电路结构图如图1所示。

图1 硬件电路结构图

CC2530 芯片驱动各个传感器采集信息，然后通过ZigBee技术传给STM32F103RGT6 芯片，接着STM32F103RGT6 芯片通过TFTLCD 将数据显示出来并将数据存储在SD 卡，方便日后查看数据，同时还通过串口通信将数据发送给电脑上位机。此外，STM32F429IGT6芯片驱动图像传感器即OV5640摄像头采集病房的图像数据通过SPI 接口传给MT8266WIFI 模块，然后MT8266WIFI 模块通过WIFI 将图像数据发送给电脑上位机进行显示。

2 软件程序设计

本文程序设计主要由以下几部分组成：主控模块程序设计、终端模块程序设计、TFTLCD 模块子程序设计、上位机软件程序设计、温湿度检测功能子程序设计、病房环境亮度检测功能子程序设计、病房画面检测功能子程序设计。

2.1 主控模块程序设计

主控模块程序设计主要分为两部分：（1） 以STM32F103RGT6微处理器为主控器的主控模块程序设计：用于接收ZigBee 网络节点的温湿度、环境亮度、气体浓度和在TFTLCD 模块上显示数据等；（2）以STM32F429IGT6 微处理器作为主控器的主控模块程序设计：用于摄像头图像采集和发送图像至上位机。

2.1.1 STM32F103RGT6主控模块程序设计

以STM32F103RGT6微处理器为主控器的主控模块程序设计流程图如图2所示，其程序设计流程如下：

图2 STM32F103RGT6主控模块程序设计流程图

（1）初始化硬件模块，通过ZigBee 协调器建立ZigBee 无线网络，以便路由器和终端节点能够加入网络；

（2）判断ZigBee 无线网络是否建立成功，若网络建立失败，则返回去执行硬件初始化；

（3）判断是否有终端节点申请加入ZigBee网络,当有终端节点申请加入时，分配一个16位的短地址；

（4）节点加入网络后，等待接收终端模块发送的传感器数据，判断数据是否在系统参数设置范围内，若不在参数设定范围内，则发出警报；

（5）在TFTLCD和电脑上位机上显示接收到的数据。

2.1.2 STM32F429IGT6主控模块程序设计

在设计时考虑到STM32F429IGT6 的SPI 接口通信速率比STM32F103RGT6 的快，因此选用STM32F429IGT6 控制WIFI模块收发图像和OV5640摄像头采集图像，实现病房的环境画面检测，其设计流程图如图3 所示。STM32F429IGT6 通过TCP/IP协议[3]与电脑上位机数据交互，并开启UCOS系统[4]，实现多线程工作，主要有2 个线程任务：（1）图像数据采集任务；（2）图像数据传输任务。

图3 STM32F429IGT6主控模块程序设计流程图

2.2 终端模块程序设计

终端模块以CC2530[5]模块作为主控器，采集室内的温湿度、环境亮度、其他浓度等数据，并通过连接入网络，将数据发送至ZigBee[6-7]协调器上。首先，初始化终端节点并申请加入网络，若加入失败，则重新申请直至成功加入为止。加入网络成功后，控制各个传感器开始采集数据，并将数据发送至协调器上，直至检测到协调器被关闭后，停止运行终端，终端模块设计流程图如图4所示。

图4 终端模块设计流程图

2.3 上位机设计

本位采用基于串口通信的上位机和基于网络通信协议的上位机，由于传感器数量较多，传输数据量较大，因此通过WIFI传输图像和串口通信传输其余传感器模块数据。

2.3.1 串口上位机

本文采用Visual Basic 语言设计串口上位机，可快速便捷地接收来自单片机的数据，避免了繁琐地设计串口协议，加快了开发过程和降低了上位制作的难度。串口上位机的程序流程图如图5所示。

2.3.2 网络通信协议上位机

网络通信协议上位机是用来显示图像画面的，由于图像数据比较多、比较大和串口接收数据的速率不够快，若采用串口上位机接收并显示会存在严重的视频延时问题。该上位机采用WIFI 通信[8]的方式与单片机进行数据交互，网络通信协议上位机流程图如图6所示。

图5 串口上位机的程序流程图

图6 网络通信协议上位机流程图

3 系统测试

图7 所示为串口上位机的界面，包括了登录界面、数据查看界面和历史数据查看界面。

图8所示为TFT LCD界面监测数据显示。

图8 TFT LCD界面显示数据

4 结束语

本文基于当前人们对病房环境的要求，设计了一款智能病房无线检测系统，实现了对病房的温湿度、环境亮度、气体浓度的实时检测，并可通过摄像头对病人进行实时的可视化监测，满足了当前病人家属对远程照看陪伴病人的需求，减轻了看护病人的压力和难度。