基于ZigBee无线传感网络监控疫情预警系统设计

摘  要：新冠肺炎引起的急性呼吸道传染病，存在“人传人”的现象。体温异常为判断疑似和确诊新冠肺炎的重要指标之一，人工测体温不仅耗时、费力，最主要的是增加传染概率。基于ZigBee无线传感网络对新冠肺炎疫情预警系统进行设计，节省人力，对新冠肺炎的预防能在第一时间获得数据，防止校园大规模爆发，并且能够降低新冠肺炎在人工测量时带来的风险，有效控制新冠肺炎。

关键词：ZigBee;无线传感网络;新冠肺炎;预警系统

中图分类号：TN929.5;TP212.9      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）05-0171-02

Design of New Coronary Pneumonia Early Warning System

Based on ZigBee Wireless Sensor Network

——A Case Study on the Early Warning System of COVID-19 in Gansu Medical College was Presented

MU Yamei

（Gansu Medical College，Pingliang  744000，China）

Abstract：COVID-19 caused by acute respiratory infections，there is a “human-to-human” phenomenon. Abnormal body temperature is one of the important indicators to judge suspected and confirmed，manual temperature measurement is not only time-consuming，laborious，the most important is to increase the probability of infection. ZigBee wireless sensor network based on the new crown pneumonia outbreak early warning system design，save manpower，the prevention of new crown pneumonia in the first time to obtain data，prevent large-scale outbreak on campus，and can reduce the risk of new crown pneumonia in manual measurement，effectively control new crown pneumonia

Keywords：ZigBee;wireless sensor network;COVID-19;early warning system

0  引  言

新型冠狀病毒肺炎，简称“新冠肺炎”，是2019新型冠状病毒感染导致的肺炎，存在“人传人”，卫生防疫专家强调，可以确定的新冠肺炎传播途径主要为直接传播、气溶胶传播和接触传播，这种传染性极强的疾病，对我国公共卫生防疫带来了巨大挑战。

以甘肃医学院为例，甘肃医学院地处甘肃平凉，占地面积805亩，现有全日制在校生8 018人，教职工302人，三级甲等直属附属医院1所，校园人群密集，教职工和学生每天出入各大教学楼、实验楼、图书馆、附属医院，一旦有新冠肺炎传染将发生大规模爆发，情况将非常严重，因此，高校作为育人的重要基地，做好新冠肺炎防控是第一要务。

由于新冠肺炎最主要的临床特性为发热，如果采取人工测量，不能及时发现疑似病例，而且工作量大，增加传染概率，耗时较多，严重影响学校正常教学进度。基于ZigBee无线传感网络的预警系统是利用无线传感技术，把带有编号的不同节点传感器连接起来，发挥网络作用，通过数据中心，实现高精准测量。无线传感网络精度高，可靠性强，性价比高，在紧急通信、环境监测、医疗护理、智能家居和工厂数据测量等领域具有重要应用[1]。针对新冠肺炎疾病特性，基于ZigBee无线传感网络对新冠肺炎疫情预警系统进行设计，主要通过温度传感器对人体体温进行定点、连续或者随机采集和测量，并将体温数据发送到数据中心进行数据分析，对疫情预防能在第一时间获得数据，防止大规模爆发，并且能够有效降低防疫人员测量风险。和传统监测方式相比，该系统节约大量人力、物力，提高效率，有效降低了感染率[2]。

1  ZigBee无线传感网络概述

目前，无线传感器网络技术相对成熟，其应用主要在环境检测、远程医疗护理、智慧城市建设、精准现代农业、工业自动化控制、智能电网、智能交通、智能家居等领域[3]。无线传感网络是传感网络中的一种，相较于传统的有线传感网络，它能够进行密集空间及短距离数据采集监测，传感模块集成在类似于终端的模板上使得传感节点小型化、低成本化，并因此可以通过在有限空间内部署大量传感节点以提高监测的准确性，同时借此降低单个节点的精准度要求，使得整个监测系统具备相当高的容错性[4]。ZigBee属于无线通信技术，其优点是距离短、功耗低、通信距离长、稳定性好。无线网络协议是基于IEEE 802.15.4的一种无线网络协议，主要致力于低速率短距离低功耗的无线网络通信[5]。相比其他通信方式，ZigBee技术的通信速度较低，最快可以达到250 kB/s，由此决定ZigBee只能用于传输速度要求较低的场合[6]。当前，在中国ZigBee工作的频率为2.4 GHz，传输速度最大为250 kB/s，基本能满足大多数用户需求。

2  新冠肺炎疫情预警系统设计方案

2.1  监测环境

基于ZigBee无线传感网络监控环境为校门口、教学楼、宿舍楼、实验楼、图书馆、食堂等所有学校公共区域。根据学校作息时间进行设置，比如早晨7点到8点之间可以在北校门、南校门对进校教师进行固定数据集中采集，在食堂对学生进行采集，10点到10点20分的大课间在教学楼、1号实验楼、2号实验楼、图书馆对学生进行数据采集，确定固定时间可以对学校后勤保障人员进出校门进行定时、定点采集，同时可以对体温异常者进行重点监测，建立体温异常者档案，随时上报学生处、人事处、校医室备案。

2.2  工作原理

将新冠肺炎疫情预警系统分为四部分：即数据收集，监测中心、数据处理中心、报警中心。其工作原理是，传感器根据时间设置将对人体体温数据送到监控机房，监控机房汇总数据并对数据进行对比，高于37.3°则进行报警，并将实时数据传送学校学生处、人事处、校医室，学生处、人事处对体温异常者相关信息进行筛选，立即报送二级教学管理部门和相关校领导，快速找到疑似人员，进行医学隔离。

2.3  结构设计

在学校公共场所根据人群特点，放置温度传感器，数据采集端实时将采集到的人体体温数据通过ZigBee传送监测中心，监测中心由学校信息中心负责，监测中心将所有数据进行处理、对比。数据对比结束后如果超过37.3°时报警系统进行报警，这时工作人员对数据来源进行追溯，上报学生处、人事处、校医室，确保第一时间对体温异常者进行医学隔离。结构设计如图1所示。

2.4  硬件組成

由ZigBee无线网关组建网络，通过自动搜索匹配到无线网络、温度采集模块、RF无线射频模块、显示模块、串口模块等。

2.5  软件组成

基于ZigBee无线传感网络监控疫情预警系统软件主要由数据库中心系统、客户端、PC机相关软件组成。数据库中心系统由信息中心监管，客户端主要由学生处、人事处、校医室一级客户端构成，二级客户端为二级教学管理部门（护理系、医疗系、中药系、药学系）、后勤保障处、各宿舍楼，根据服务对象不同，权限不同，进行客户端开放。数据库服务器主要任务为根据教工、学生、后勤保障人员信息库，建立不同时间节点体温记录，为校园网实时访问Web监控模块提供数据支撑。

3  应用前景

ZigBee无线传感网络的使用，优点在于监测的连续性、时延短、安全性高，可以全天候无间断工作和在线报警等，在公共卫生防疫方面具有广阔的应用前景，同时可以缓解我国医疗卫生人员短缺的困难，利用传感网络可以代替护士对病人的生理信息进行不间断测试，医生可以“远程看病”，在这个基础上可以增加就诊人数，未来可以创造智能医疗系统，改善当前医院的就医方式，从根本上解决当前医疗资源紧张的难题。[7]

4  结  论

在新冠肺炎可能成为一种类似流感的常见病长期存在下去的形势下，基于ZigBee技术的短距离无线通信协议费用低，基于ZigBee无线传感网络对甘肃医学院新冠肺炎疫情预警系统进行设计，根据场所通过体温传感器能快速监测疫情，进行预警，同时可以对疫情发展程度进行有效评估，可以为紧急应急措施的准备赢得时间，最终达到降低传染风险，控制大学疫情蔓延的目的，同时，也为公共防疫提供了技术支撑和理论依据。

参考文献：

[1] 曹岳平.浅析无线传感网络技术与发展趋势 [J].价值工程，2015，34（9）：302-303.

[2] 刘玉铭.基于ZigBee技术的人体生理信息传输系统的设计与实现 [D].秦皇岛：燕山大学，2010.

[3] 周小军，郭玉霞，王凌强，等.基于物联网的无线体温监控校园传染病预警系统设计 [J].工业仪表与自动化装置，2019（2）：109-113.

[4] 陈星宇.基于ZigBee的计量检测环境温湿度监测无线传感系统 [D].南宁：广西大学，2019.

[5] 李文仲，段朝玉.ZigBee2006无线网络与无线定位实战 [M].北京：北京航空航天大学出版社，2008：150.

[6] 贾腾飞.基于ZigBee和GPRS技术的港口门座起重机安全监控系统研究 [D].武汉：武汉理工大学，2012.

[7] 廖之健.基于ZigBee无线传感网络远程机房环境监控系统的研究与实现 [D].广州：广东工业大学，2011.

作者简介：穆亚梅（1981-），女，回族，甘肃平凉人，副教授，硕士，研究方向：物联网、信息技术、计算机教学。