基于BB-Black的智能硬件生理監(jiān)測

本文以BeagleBone Black為核心，掛接ZigBee無線傳感節(jié)點(diǎn)和GSM/GPRS模塊；建立web服務(wù)器和SQLite數(shù)據(jù)庫，接收、解析和存儲ZigBee節(jié)點(diǎn)采集的生理數(shù)據(jù)，控制GSM/GPRS進(jìn)行緊急呼救和發(fā)短信；讓硬件智能化，提供自動生理監(jiān)測功能，為人們的生活提供便利。

目前，醫(yī)療設(shè)備的主要缺陷是價(jià)格昂貴、體積龐大和非智能；隨著技術(shù)的發(fā)展，近年來涌現(xiàn)了不少優(yōu)化的智能醫(yī)療設(shè)備，給人們的生活帶了極大便利。但仍存在功能單一，不可遠(yuǎn)程訪問等缺陷。

BB-Black開發(fā)板以其價(jià)格便宜、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各種場景，怎樣利用BB-Black設(shè)計(jì)一個(gè)更智能、功能更齊全的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)測系統(tǒng)，將是一個(gè)有意義、有市場前景的研究課題。

1.應(yīng)用系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)描述 1.1硬件平臺相關(guān)介紹

設(shè)計(jì)共涉及BB-black、ZigBee和GSM/GPRS三個(gè)硬件模塊。其中BB-black開發(fā)板為核心模塊，是一款基于AM3359處理器的開發(fā)套件，其實(shí)物圖如圖1所示。處理器集成了高達(dá)1GHz的ARM Cortex-A8內(nèi)核，并提供了豐富的外設(shè)接口和兩個(gè)擴(kuò)展接口，可擴(kuò)展LCD、UART、eMMC、ADC、I2C、SPI和PWM等接口。其系統(tǒng)框圖如圖2所示。

AM3359是基于ARM Cortex-A8內(nèi)核的微處理器，在圖像、圖形處理、外設(shè)和諸如etherCAT和PROFIBUS的工業(yè)接口選項(xiàng)方面進(jìn)行了增強(qiáng)，并支持Linux、WinCE和Android等高級操作系統(tǒng)。該處理器包含了多個(gè)子系統(tǒng)。微處理器單元（MPU）子系統(tǒng)基于ARM Cortex-A8微處理器；POWERVR SGX圖形加速子系統(tǒng)用于3D圖形加速以支持顯示和游戲效果；可編程實(shí)時(shí)單元子系統(tǒng)（PRUSS）使用戶可以創(chuàng)建各種超越本地外設(shè)的數(shù)字資源。此外，PRUSS獨(dú)立于ARM內(nèi)核，這就允許設(shè)備有獨(dú)立的操作和時(shí)鐘，從而在復(fù)雜系統(tǒng)解決方案中有更大的靈活性。

圖1 BB-black實(shí)物圖背面（左），正面（右）

圖2 BB-Black系統(tǒng)框圖 1.2系統(tǒng)功能模塊及信息處理過程

系統(tǒng)的功能模塊如下圖3所示，主要由數(shù)據(jù)采集模塊、GSM模塊、遠(yuǎn)程登錄模塊和BB-Black模塊四部分組成。其中生理數(shù)據(jù)模塊采用ZigBee無線傳感節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集用戶生理數(shù)據(jù)；GSM模塊采用四頻GSM/GPRS，實(shí)現(xiàn)緊急報(bào)警和定位；遠(yuǎn)程登錄模塊是指手機(jī)或其它上網(wǎng)設(shè)備，供用戶遠(yuǎn)程訪問和監(jiān)控；BB-Black模塊是本系統(tǒng)的核心模塊，該模塊又可分為數(shù)據(jù)處理、Boa服務(wù)器和SQLite數(shù)據(jù)庫三部分。數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的接收、解析、向SQLite數(shù)據(jù)庫插入數(shù)據(jù)和向GSM模塊下達(dá)緊急報(bào)警命令；SQLite數(shù)據(jù)庫主要用于存儲生理數(shù)據(jù)；Boa服務(wù)器則實(shí)現(xiàn)用戶的遠(yuǎn)程訪問查詢SQLite數(shù)據(jù)中存儲的生理數(shù)據(jù)。

圖3系統(tǒng)功能模塊框圖

正如上圖所示系統(tǒng)的信息處理過程如下：

1.生理數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)采集生理數(shù)據(jù)。

用戶可根據(jù)需要隨身攜帶相應(yīng)的生理數(shù)據(jù)檢測模塊（如：血壓、血糖、脈搏等檢測模塊），在BB-black建立的無線傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)移動、實(shí)時(shí)生理數(shù)據(jù)采集，按IEEE 802.15.4的通訊標(biāo)準(zhǔn)，通過無線網(wǎng)絡(luò)將生理數(shù)據(jù)包傳送出去；在BB-black開發(fā)板上連接的ZigBee終端節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包接收。

2. BB-black模塊接收、分析和處理生理數(shù)據(jù)。

AM335x處理器定時(shí)的讀取終端節(jié)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)包，通過解析得到數(shù)據(jù)包中的生理數(shù)據(jù)，并存儲到SQLite數(shù)據(jù)庫，同時(shí)根據(jù)健康指標(biāo)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，若遇緊急情況，則向GSM/GPRS模塊發(fā)AT控制命令，進(jìn)行緊急呼救。

3.監(jiān)護(hù)人或醫(yī)生可隨時(shí)隨地訪問服務(wù)器查看、管理被監(jiān)護(hù)人近期生理數(shù)據(jù)。

用戶通過上網(wǎng)設(shè)備打開瀏覽器登陸B(tài)oa服務(wù)器，提交查詢表單，即可訪問SQLite上存儲的被監(jiān)護(hù)人的生理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程了解被監(jiān)護(hù)人近期身體狀況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

本系統(tǒng)應(yīng)用場景可如圖4所示。

圖4系統(tǒng)應(yīng)用場景圖