物联网导论刘云浩(物联网导论刘云浩第三版百度云)

 

李长伍

（苏州泽德医疗器械有限公司，江苏 苏州 215000）

：基于物联网技术开发设计了智能医用监控系统，在病床、医疗设备中内嵌传感器节点，在不触及患者身体的情况下实时采集患者的心率、血氧饱和度、血压、呼吸频率、体温、翻身次数、离床时间、药物输注时间和药物输注量等重要参数进行分析统计，实现对患者检测、异常报警。该系统在医疗领域具有广阔的应用前景。

：物联网；ZigBee；监控；传感器；异常报警

：TN8文献标识码：ADOI：10.19358/j.issn.1674-7720.2017.04.028

引用格式：李长伍.基于物联网的智能医用监控系统［J］.微型机与应用，2017,36（4）：94-95.

0引言

医疗监控是医生对患者进行诊治的重要环节，现有的对患者生理数据采集的医疗监护设备可分为有线和无线两大类。有线的医疗监护设备往往因为需要线缆连接而使其体积庞大进而导致设备成本高，不便于携带。目前的大多数医院仍然使用有线的医用设备，医务人员需要时刻在病人或者固定的医用设备旁边观察病情，对重要的生命体征进行人工采集，不仅繁琐而且工作量大，无法做到实时、不间断地采集监测数据。

随着科技的发展，物联网技术越来越成熟，医疗物联网的构建越来越受到关注。医疗物联网也使得患者生命体征的实时监测成为可能。本文基于物联网技术，设计出一款无线的医疗监护设备，通过无线网把采集到的数据上传到监护人员手中，方便监护人员掌握病人的具体情况。即使监护人员不在病房内，也可以对出现异常的病人进行定位，以便医疗人员及时对病人进行救治。

1物联网技术

物联网按照字面可理解为物物相连所组成的网络，物联网(Internet of Things)这个词，国内外普遍公认的是Ashton教授于1999年在研究RFID时最早提出，标志着物联网技术的诞生［1］。2005年国际电信联盟发布的报告中重新定义了物联网的定义和范围，不再只是指基于RFID技术的物联网。2009年8月温家宝总理提出感知中国，物联网被列为国家五大新兴战略产业之一引来了快速发展。物联网形式多样、技术复杂、涉及面广，融合了半导体、传感器、通信技术、计算机等多种技术［2］。

本系统应用ZigBee技术来实现物联网，把采集数据的传感器接入ZigBee终端节点，并且把ZigBee内嵌到医用电气设备中。其具有自组织多跳的机制，即使某一个传输路径出错，还可以通过其他路径进行数据传输，实现数据的实时监控，改变了传统的查房采集方式。

2系统总体方案

2.1系统总体结构及主要功能

智能医用监控系统由无线传感器网络、中央控制器、WiFi模块和上位机软件四个部分组成。其中无线传感器网络又由连接传感器和医用设备的各个ZigBee终端节点、中继器和协调器组成，传感器安装在病床上采集病人的数据，终端医用设备（如输注泵、监护仪等）安放在病床前。传感器和终端医用设备采集的数据由终端节点发送给中继器，中继器接收到终端节点发送过来的这些数据后发送给网络协调器，网络协调器负责调度整个无线传感器网络的数据。

中央控制器负责对数据的运算和识别，由于手机和计算机都没有采用ZigBee技术，因此使用WiFi模块负责上位机与中央控制器的通信，进而实现ZigBee网络各节点与上位机终端的通信。系统的总体架构如图1所示。

互联网小常识：入侵防护系统的分类：基于主机的入侵防护系统、基于网络的入侵防护系统（一般串联在防火墙与路由器之间）和应用入侵防护系统。

2.2系统硬件架构

中央控制器采用STM32F103作为主控芯片，它集成了串口、IIC和SPI通信接口，利用IIC接口可以控制液晶显示的内容、对比度和背光等，可与其他模块通信，实现各硬件的管控，从而实现了人机交互界面的建立。

射频芯片CC2530采用了AES128的加密算法保证数据的安全可靠，可对数据包完整性进行检查，支持鉴权和认证。其低功耗的特性使各终端设备无需经常更换电池，方便对设备的管理和维护。其使用ZigBee技术传输数据，具有可移动的特性。

W25Q128存储芯片通过SPI接口与主控芯片连接，用于存储系统所采集到的临时数据方便上位机实时查询，也可存储用户设置的如床位号对应的具体报警数值等特定参数。

互联网小常识：BGP协议的工作过程：打开分组、更新分组、保活分组、通知分组。其基本过程是BGP发言人发出打开分组，相邻的BGP发言人发送保活分组响应，然后定期发送（每30s）发送保活分组以确认连接，当网络拓扑结构或流量发生变化时，发送更新分组以更新，可以一次删除多个路由表项，但是每次只能增加一个路由表项。

由CC2530射频芯片传送过来的各终端的信息，经中央控制器处理后通过STM32F103的串口发送给ESP8266无线WiFi模块。

2.3系统软件架构

系统的软件分为两大块，底层单片机程序设计和上位机编程设计。对于单片机程序的编写，主要使用C语言编写串口、IIC、SPI等程序与各外围电路进行信息的交互。

上位机编程可细分为Windows计算机终端、Android终端和苹果终端，三个平台编程方法各有不同，Windows计算机终端编程采用微软公司提供的可视化集成开发环境Visual C++6.0，其包含许多组件，如编辑器、调试器、程序向导AppWizard、类向导Class Wizard等开发工具，非常适合Windows系统下的软件编写。Android终端编程采用开放源代码、基于Java的可扩展开发平台的Eclipse集成开发环境进行开发。苹果终端编程采用Xcode集成开发环境，它具有统一的用户界面设计，并且编码、测试和调试都在一个简单的窗口内完成。

3各部分功能及构成

3.1传感器采集

传感器是系统感知患者体征的眼睛，传感器主要放置在病床上，将患者翻身次数、离床时间和睡眠质量等数据转换为电信号，并且使用非接触式采集，不额外添加接触患者的设备；低功耗，无需经常更换电池；通过无线的方式采集传输，实现实时监测。

3.2医用设备数据采集

对医用设备的数据采集，主要通过在医用设备中内嵌无线采集节点，把设备运行的一些例如监护仪上的人体心电信号、心率、血氧饱和度、血压、呼吸频率、体温状态以及输注泵上的药物输注时间、药物输注量和输注速度等信息实时传送给控制器，并且设备的历史运行记录可在需要的时候调取出来。

3.3控制器

控制器作为整个系统硬件的心脏，负责各无线节点数据的运算整合、数据缓冲、接收和识别命令、地址识别等，还可用于各外围电路信号交换的桥梁。通过无线WiFi模块可将采集到的数据传输到医院局域网中。

3.4上位机软件

上位机软件能实现数据的监控，监控到整个监控区域内的所有患者的信息；系统能为医务人员提供患者实时的生命体征信息作为诊断参考；可为某一个患者设置某一特定的报警阈值，超过了系统自动提示报警；系统可在计算机、手机、平板电脑等不同终端上使用。

4结论

本设计基于物联网技术，在硬件上设计无线传感器节点，可实时采集患者心率、血氧饱和度、血压、呼吸频率、体温等参数，对医疗诊治具有非常重要的作用，该设备具有抗干扰能力强、功耗低、安全性能高、实用性强等优点。而目前国内大多数医院无法实时地采集这些数据，智能医用监控系统的设计主要需解决了这些难题，具有很高的实用价值。

参考文献

［1］ 刘云浩.物联网导论［M］.北京：科学出版社，2011.

［2］ 杜军朝，刘惠，刘传益，等.ZigBee技术原理与实战［M］.北京：机械工业出版社，2014.

互联网小常识：交换机的交换结构分为软件执行交换结构(早期)、矩阵交换结构（较少）、总线交换结构（应用比较广泛）和共享存储器交换结构（小型交换机）。

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