基于BB-Black的智能硬件生理監測

本文以BeagleBone Black為核心，掛接ZigBee無線傳感節點和GSM/GPRS模塊；建立web服務器和SQLite數據庫，接收、解析和存儲ZigBee節點采集的生理數據，控制GSM/GPRS進行緊急呼救和發短信；讓硬件智能化，提供自動生理監測功能，為人們的生活提供便利。

目前，醫療設備的主要缺陷是價格昂貴、體積龐大和非智能；隨著技術的發展，近年來涌現了不少優化的智能醫療設備，給人們的生活帶了極大便利。但仍存在功能單一，不可遠程訪問等缺陷。

BB-Black開發板以其價格便宜、功能強大等優點廣泛應用于各種場景，怎樣利用BB-Black設計一個更智能、功能更齊全的實時遠程醫療監測系統，將是一個有意義、有市場前景的研究課題。

1.應用系統總體結構設計描述

1.1硬件平臺相關介紹

設計共涉及BB-black、ZigBee和GSM/GPRS三個硬件模塊。其中BB-black開發板為核心模塊，是一款基于AM3359處理器的開發套件，其實物圖如圖1所示。處理器集成了高達1GHz的ARM Cortex-A8內核，并提供了豐富的外設接口和兩個擴展接口，可擴展LCD、UART、eMMC、ADC、I2C、SPI和PWM等接口。其系統框圖如圖2所示。

AM3359是基于ARM Cortex-A8內核的微處理器，在圖像、圖形處理、外設和諸如etherCAT和PROFIBUS的工業接口選項方面進行了增強，并支持Linux、WinCE和Android等高級操作系統。該處理器包含了多個子系統。微處理器單元（MPU）子系統基于ARM Cortex-A8微處理器；POWERVR SGX圖形加速子系統用于3D圖形加速以支持顯示和游戲效果；可編程實時單元子系統（PRUSS）使用戶可以創建各種超越本地外設的數字資源。此外，PRUSS獨立于ARM內核，這就允許設備有獨立的操作和時鐘，從而在復雜系統解決方案中有更大的靈活性。

圖1 BB-black實物圖背面（左），正面（右）

圖2 BB-Black系統框圖

1.2系統功能模塊及信息處理過程

系統的功能模塊如下圖3所示，主要由數據采集模塊、GSM模塊、遠程登錄模塊和BB-Black模塊四部分組成。其中生理數據模塊采用ZigBee無線傳感節點實時采集用戶生理數據；GSM模塊采用四頻GSM/GPRS，實現緊急報警和定位；遠程登錄模塊是指手機或其它上網設備，供用戶遠程訪問和監控；BB-Black模塊是本系統的核心模塊，該模塊又可分為數據處理、Boa服務器和SQLite數據庫三部分。數據處理模塊實現對數據的接收、解析、向SQLite數據庫插入數據和向GSM模塊下達緊急報警命令；SQLite數據庫主要用于存儲生理數據；Boa服務器則實現用戶的遠程訪問查詢SQLite數據中存儲的生理數據。

圖3系統功能模塊框圖

正如上圖所示系統的信息處理過程如下：

1.生理數據采集模塊實時采集生理數據。

用戶可根據需要隨身攜帶相應的生理數據檢測模塊（如：血壓、血糖、脈搏等檢測模塊），在BB-black建立的無線傳感網絡覆蓋范圍內移動、實時生理數據采集，按IEEE 802.15.4的通訊標準，通過無線網絡將生理數據包傳送出去；在BB-black開發板上連接的ZigBee終端節點將數據包接收。

2. BB-black模塊接收、分析和處理生理數據。

AM335x處理器定時的讀取終端節點接收的數據包，通過解析得到數據包中的生理數據，并存儲到SQLite數據庫，同時根據健康指標對數據進行分析，若遇緊急情況，則向GSM/GPRS模塊發AT控制命令，進行緊急呼救。

3.監護人或醫生可隨時隨地訪問服務器查看、管理被監護人近期生理數據。

用戶通過上網設備打開瀏覽器登陸Boa服務器，提交查詢表單，即可訪問SQLite上存儲的被監護人的生理數據，實現遠程了解被監護人近期身體狀況，實現遠程監控。

本系統應用場景可如圖4所示。

圖4系統應用場景圖