网关软件设计
以 S3C6410 为核心处理器的嵌入式网关不仅要与前端 ZigBee 协调器通信,还要与云端通过以太网模块进行通信。 与云端进行通信采用 TCP 服务,网关每次收到一个数据,会判断是前端节点上传的请求还是TCP 服务通过 Socket 发送的命令,网关通过解析相应的信息后执行相应的操作。
健康一体机ZigBee 协调器
ZigBee 协调器,作为 ZigBee 网络中的网络管理者,在建立一个 ZigBee 网络时,ZigBee 协调器通过监听网络,去扫描是否有节点申请加入到该网络,如果有,则批准该节点加入,并为节点分配地址,等待接收网关发送的控制命令去执行相应操作。3. 3 传感器节点设计基于云平台的社区
健康一体机前端主要由各种医疗传感器采集居民身体健康数据,每个医疗传感器均属于一个 ZigBee 节点,在采集之前,每个传感器节点都要加入到 ZigBee 网络中。 协调器为节点分配地址,在未收到任何指令之前,所有节点处于睡眠模式,以达到低功耗的目的,在收到指令采集数据完成之后,通过ZigBee 网络把数据发送至嵌入式网关,结束后节点处于睡眠模式状态。 传感器节点设计如图 5 所示。
健康一体机网关与 ZigBee 协调器通信
当一个新的节点加入 ZigBee 网络之后,协调器会给该节点配置相应的参数和信息,待节点发送数据帧过来之后,ZigBee 协调器将该数据帧转发给网关,网关通过 UART 与 ZigBee 协调器进行通信,在通信过程中采用自定义的固定帧格式。 帧格式包括:帧起始字段(F) +帧长字段(L) +设备标识字段(DI) +控制字段(C) +数据字段( Data) +FCS 字段+帧结束字段(F),其中每个字段的含义解释如下:F 字段:1 个字节,标志数据帧的开始与结束,值为固定的 0x6a,在通信过程中,发送方会一直发送 F 字段,接收方每收到一个数据,便会检测,如果和标志字段不同,说明数据开始发送,该过程中采用“0 比特插入法”实现数据帧的透明传输。
系统在投入社区使用之前于 2017 年 8 月 1 日到2017 年 8 月 15 日在贵州大学博学楼 602 室进行测试,该系统可通过两种方式进行使用,一种是手机号注册登录,操作过程较为繁琐;另外一种是通过刷身份证注册登录,身份证注册登录简单快捷,进入系统之后,便可开始使用。 图 7 为针对用户血糖进行的测试,测试结果发现该设备反应灵敏,数据精确;ZigBee 协调器与嵌入式网关之间通信稳定,网关通过以太网传输数据至云端发送时延低,错误率低,能很好地满足系统功能需求。
基于云平台的社区
健康一体机的设计与实现主要是通过前端 ZigBee 节点采集用户健康数据,在网关进行异构网络转换,通过以太网模块将健康数据保存至云端服务器,并且在云端建立用户个人健康档案,方便用户使用手机 App 和 Web 端查看自己的健康状况。除此之外,该系统后期可以应用大数据进行功能上的扩展,通过用户使用设备时产生的健康数据,应用大数据来分析用户健康状况,并且给出合适的建议,同时也可以针对于群体来进行疾病的预测,从而打造一个智慧的健康行业,实现城市的智能化。
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