摘 要：為了實現(xiàn)育嬰箱智能化管理問題，本文提出了一種基于WSN（Wireless Sensor Network）的育嬰箱智能監(jiān)控系統(tǒng)設計方案。該監(jiān)控系統(tǒng)由傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、GPRS網(wǎng)絡和遠程監(jiān)控中心組成。首先，通過溫度傳感器采集各個育嬰箱的溫度信息，然后利用ZigBee技術(shù)把溫度信息傳送到匯聚節(jié)點，最后利用GPRS網(wǎng)絡把匯聚節(jié)點的信息傳輸?shù)竭h程控制中心，從而實現(xiàn)對多個育嬰箱的實時監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：WSN；ZigBee技術(shù)；溫度傳感器；遠程監(jiān)控；育嬰箱

中圖分類號：TN92；TH89 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

為了給系統(tǒng)臟器功能尚未成熟，免疫功能低下，體溫調(diào)節(jié)功能較差的新生兒創(chuàng)建一個空氣潔凈，溫濕度適宜的舒適安全環(huán)境，育嬰箱應運而生。其光線可以直接透過寬大的玻璃窗照射到箱內(nèi)，箱內(nèi)干燥、自動調(diào)溫、無菌、無毒、隔音，里面活動范圍大，除尿布外無多余衣布，幼兒可以在里面睡覺、游戲，箱壁安全，掛有玩具等刺激物，可不必擔心著涼和濕疹一類的疾病。這個設計避免了外界一切不良刺激，有利于養(yǎng)育身心健康的兒童。目前，對育嬰箱的管理基本依靠醫(yī)院護士現(xiàn)場巡視的方式，該方法過于依靠人工方式，對人力造成浪費。

ZigBee[1]是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國際標準規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。這一名稱（又稱紫蜂協(xié)議）來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通信技術(shù)。

GPRS[2]是通用無線分組業(yè)務（General Packet Radio Service）的簡稱，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，在GSM協(xié)議構(gòu)架的基礎(chǔ)上增加了支持分組的協(xié)議，而實現(xiàn)基于分組的無線通信服務。它借用了移動的接入網(wǎng)和傳輸網(wǎng)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。只要GSM網(wǎng)絡覆蓋的地方都可以使用這種網(wǎng)絡，給用戶提供了功能強大、方便靈活的數(shù)傳解決方案，適用于涉及地域廣、設備布局分散的場合。

本文擬通過WSN技術(shù)實現(xiàn)對多個育嬰箱的遠程監(jiān)控，從而實現(xiàn)對育嬰箱的智能化管理[3]。該智能監(jiān)控系統(tǒng)利用當前先進的ZigBee和GPRS技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對育嬰箱的實時監(jiān)控。首先，通過溫度傳感器采集各個育嬰箱的溫度信息，然后利用ZigBee技術(shù)把溫度信息傳送到匯聚節(jié)點，最后利用GPRS網(wǎng)絡把匯聚節(jié)點的信息傳輸?shù)竭h程控制中心，實現(xiàn)了多個新生兒育嬰箱實時遠程監(jiān)控，并且為育嬰箱的使用提供多方面保護，使育嬰箱的應用更加可靠、安全。

2 監(jiān)控系統(tǒng)整體設計方案（Design of the monitoring

system）

結(jié)合育嬰箱的特點，設計出一個基于WSN的育嬰箱智能監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、GPRS網(wǎng)絡和遠程監(jiān)控中心等組成[4]，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。各個傳感器節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)傳送到匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點負責接收和處理網(wǎng)絡中所有育嬰箱節(jié)點的信息，同時匯聚節(jié)點可以通過GPRS網(wǎng)絡將采集到的數(shù)據(jù)傳送到遠程控制中心。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

Fig.1 The structure of the monitoring system

3 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計（Hardware design of the

monitoring system）

3.1 傳感器節(jié)點設計

傳感器節(jié)點是WSN的基本單元，每個育嬰箱都可以看作一個獨立的無線傳感器節(jié)點。傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)如圖2所示。它由傳感器模塊和CC2530模塊組成。

圖2 傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)圖

Fig.2 The structure of the sensor node

傳感器節(jié)點的主控芯片采用片上系統(tǒng)（SOC）CC2530芯片模塊[5]，采用溫濕度傳感器SHT11數(shù)字溫濕度傳感器[6]對育嬰箱中的溫濕度進行采集。溫度傳感器將采集到的數(shù)據(jù)送入CC2530模塊中的ZigBee無線單元。通過該單元可以將采集到的溫度數(shù)據(jù)傳給匯聚節(jié)點。

3.2 匯聚節(jié)點設計

匯聚節(jié)點在整個智能化監(jiān)控系統(tǒng)中起到承上啟下的作用，它既負責建立和維護整個ZigBee網(wǎng)絡，同時還需要接收各個傳感器節(jié)點的信息并將匯集來的數(shù)據(jù)信息整合上傳至遠程實時監(jiān)控端。另外，匯聚節(jié)點還通過RS-232串行接口與GPRS模塊相連接以實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡與遠程實時監(jiān)控端的遠程通信，實現(xiàn)無線網(wǎng)關(guān)的功能。匯聚節(jié)點的基本結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 匯聚節(jié)點結(jié)構(gòu)圖

Fig.3 The structure of the aggregation node

該節(jié)點由一個CC2530芯片模塊和一個GPRS模塊構(gòu)成。GPRS模塊采用廣州致遠電子有限公司的ZWG-28DP無線模塊[7]。通過配置GPRS模塊的相關(guān)網(wǎng)絡參數(shù)以實現(xiàn)GPRS與Internet的連接，最終實現(xiàn)將傳感器節(jié)點實時采集的數(shù)據(jù)傳送至遠程控制中心。另外，匯聚節(jié)點還可以接收遠程監(jiān)控中心發(fā)送的控制命令并執(zhí)行，實現(xiàn)了監(jiān)控中心遠程控制育嬰箱的功能。

4 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計（Software design of the

monitoring system）

4.1 傳感器節(jié)點軟件設計

傳感器節(jié)點主要負責采集育嬰箱的溫度信息，并將溫度發(fā)送給匯聚節(jié)點。傳感器節(jié)點的軟件采用C語言開發(fā)，流程圖如圖4所示。匯聚節(jié)點的軟件流程與傳感器節(jié)點的流程相似，但是增加了控制執(zhí)行功能。

圖4 傳感器節(jié)點軟件流程圖

Fig.4 The software procedure of the sensor node

4.2 監(jiān)控中心軟件設計

遠程監(jiān)控中心能夠?qū)崿F(xiàn)對育嬰箱的實時監(jiān)控，匯聚節(jié)點通過GPRS網(wǎng)絡把從傳感器節(jié)點獲得的溫度信息傳送到遠程監(jiān)控中心。監(jiān)控軟件利用C語言直接調(diào)用WINDOWS API函數(shù)方式編寫，該智能監(jiān)控軟件具有實時監(jiān)控、歷史查詢和系統(tǒng)相關(guān)配置等功能[8]。

該監(jiān)控軟件的實時監(jiān)控部分通過WSN通信技術(shù)可以實現(xiàn)對育嬰箱中溫度的自動監(jiān)控，并且能夠?qū)⒂龐胂渲械臏囟刃畔⒁郧€的形式表示出來。同時，如果育嬰箱中的溫度不在適宜新生嬰兒的生長范圍內(nèi)，可以通過監(jiān)控系統(tǒng)向匯聚節(jié)點發(fā)送控制指令，匯聚節(jié)點收到監(jiān)控中心發(fā)送的控制命令后會立即執(zhí)行，以便達到控制要求。傳感器節(jié)點執(zhí)行遠程控制中心命令的軟件流程如圖5所示。

圖5 傳感器節(jié)點執(zhí)行控制命令流程圖

Fig.5 The command executing procedure of the

sensor node

首先，系統(tǒng)上電后，初始化傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點，然后不斷查詢匯聚節(jié)點是否收到遠程控制中心發(fā)來的控制命令。如果檢測到ZigBee信息，那么由相應的傳感器節(jié)點對控制命令進行解析和執(zhí)行，并向遠程控制中心返回育嬰箱的溫度信息；如果沒有檢測到信息，那么繼續(xù)查詢。

5 結(jié)論（Conclusion）

本文提出了一種基于WSN（Wireless Sensor Network）的育嬰箱智能監(jiān)控系統(tǒng)設計方案，該監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對多個育嬰箱的遠程監(jiān)控。論文中，設計了一種基于ZigBee和GPRS技術(shù)的育嬰箱智能控制系統(tǒng)，并給出了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，并且從硬件、軟件兩方面具體闡述了本文的設計思路和實現(xiàn)方法。在進一步的研究中將對遠程監(jiān)控系統(tǒng)的功能進行擴展，并在保證數(shù)據(jù)通信可靠的情況下，降低能耗。

參考文獻（References）

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作者簡介：

陳再宏（1969-），男，本科，高級經(jīng)濟師.研究領(lǐng)域：嬰 兒培養(yǎng)箱、輻射保暖臺的研發(fā)和設計.