基于無線射頻技術(shù)的無人值守病房監(jiān)護系統(tǒng)

摘 要:鑒于目前病房人工監(jiān)護存在可靠性不足和成本過高的問題，研制了基于無線射頻技術(shù)的無人值守病房監(jiān)護系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實時監(jiān)測病人的體溫、心率和呼吸頻率等生理參數(shù)，并將采集到的生理參數(shù)通過無線收發(fā)模塊傳到上位計算機，由一人對多病房集中監(jiān)護，實現(xiàn)了病房監(jiān)護的無人值守，提高了監(jiān)護效率和可靠性，具有較大的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞:監(jiān)護; 無人值守監(jiān)護系統(tǒng); 生理參數(shù); 無線射頻

中圖分類號:TP29 文獻標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)07-0159-03

Unattended Hospital Wards Monitoring System Based on Wireless Radio Frequency Technology

WANG Zhi-qiu

(College of Mechanical and Electrical Engineering， Qingdao 266109， China)

Abstract: In view of the unreliability and great expense of the present artificial monitoring system， unattended hospital wards monitoring system based on wireless radio frequency technology was developed. The real-time monitored for the body temperature， heart rate and respiratory rate of patients can be performed by the system， and these gathered physiological parameters to upper computer are transmitted by wireless radio frequency module. Only one people is needed to monitor many wards so as to realize hospital wards unattended monitoring. The efficiency and reliability of nursing are improved， and it has great value of application.

Keywords: monitoring; unattended monitoring system; physiological parameter; wireless radio frequency

體溫、心率和呼吸頻率等三項生理參數(shù)是人體最重要、最基本的生命體征。對傷病人員進行多項生命體征的監(jiān)測有利于對其進行及時有效的治療處理[1，2]，但目前我國大部分監(jiān)護系統(tǒng)都是人工床邊監(jiān)護和有線方式床邊監(jiān)護，前者浪費人力，可靠性低;后者成本高，布線困難。這就迫切需要一種既能夠可靠監(jiān)護病人，又能節(jié)約人力物力的監(jiān)護方式。本文介紹的無人值守病房監(jiān)護系統(tǒng)正是為滿足這樣的需要而設(shè)計，該系統(tǒng)采用生物醫(yī)學(xué)傳感器對病人的體溫、心率(脈搏)、呼吸頻率等生理參數(shù)進行實時檢測，并將檢測數(shù)據(jù)通過無線射頻模塊發(fā)送給監(jiān)控中心，實時監(jiān)測病人的身體情況，不但節(jié)省了人力物力，提高了醫(yī)院醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量、醫(yī)院管理水平，并且安裝方便、成本低、使用簡單。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

無人值守病房監(jiān)護系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集器、無線射頻模塊SRWF-106、監(jiān)控計算機等部分組成，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

佩戴在病人身上的數(shù)據(jù)采集器集心率傳感器、呼吸頻率傳感器以及溫度傳感器等多種生物醫(yī)學(xué)傳感器于一體，它可以實時監(jiān)測病人的心率、呼吸頻率以及體溫等生理體征參數(shù)，并通過鐵電存儲器記錄數(shù)據(jù)的采集時間，然后通過無線射頻模塊SRWF-106實時發(fā)送到中心病房監(jiān)控計算機。如果某個病房發(fā)送數(shù)據(jù)的某項指標(biāo)出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會報警提醒監(jiān)控人員對相關(guān)病人采取及時地處理措施，從而比較及時的對病人治療，保證了病人的安全并提高了監(jiān)控效率。當(dāng)然，監(jiān)控人員也可對監(jiān)控計算機數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)索引，有針對性地對某些病人的生理體征參數(shù)進行分析，及時更改治療手段或者提前對病癥進行有效的防控，進而最大限度上保證了病人的權(quán)益。

圖1 無人值守病房監(jiān)護系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)采集器硬件設(shè)計

數(shù)據(jù)采集器佩戴在病人身上，主要完成對病人生理體征參數(shù)的采集、處理和存儲等功能，由傳感器電路、微處理器以及鐵電存儲器等部分組成。傳感器包括溫度傳感器DS18B20、HK-2000A型集成化脈搏傳感器、HXB-2型壓電呼吸傳感器以及其他待擴展傳感器，微處理器選用了PLILIPS公司的高速、低功耗、8位FLASH單片機LPC932，鐵電存儲器選用RAMTRON公司集成時鐘電路的FM31256[3]。數(shù)據(jù)采集器電氣原理圖如圖2所示。

將連接到數(shù)據(jù)采集器上的數(shù)字溫度傳感器DS18B20、HK-2000A型集成化脈搏傳感器和HXB-2型壓電呼吸傳感器分別按要求安裝到病人身體的相關(guān)部位，然后開啟數(shù)據(jù)采集器，開始采集病人的體征參數(shù)，連同數(shù)據(jù)采集的時間一并存入鐵電存儲器FM31256，同時啟動無線射頻模塊SRWF-106，實時地將病床號、采集時間以及監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送出去，紅指示燈D3閃爍標(biāo)示數(shù)據(jù)傳輸成功。當(dāng)供電電池電壓不足，單片機LPC932會發(fā)生比較中斷[4]，這時黃指示燈D4會閃爍指示，提醒工作人員更換電池，提高了數(shù)據(jù)采集器的工作可靠性。

2.2 無線射頻模塊SRWF-106的使用

SRWF-106模塊提供兩個串口，COM1(CON1的Pin3、Pin4)固定為TLL電平的UART串行口;COM2(CON1的Pin6、Pin7)可通過跳線J1的D位來選擇接口方式，包括RS 485和RS 232兩種。本設(shè)計中，數(shù)據(jù)采集器和SRWF-106之間為TTL電平，而監(jiān)控計算機與SRWF-106間為RS 232。SRWF-106模塊提供1 200 b/s，2 400 b/s，4 800 b/s，9 600 b/s，14 400 b/s，19 200 b/s等接口波特率，波特率的設(shè)定可通過改變模塊反面的焊盤跳線(J2~J4)的狀態(tài)來確定。模塊工作電壓為+4.5～+5.5 V 。為有效節(jié)約功耗，模塊可設(shè)置為休眠狀態(tài)[5]。

3 通信協(xié)議的設(shè)計

無線通信系統(tǒng)中，由于供電、空間噪聲以及傳輸路徑等因素的影響，數(shù)據(jù)傳播過程中很容易受到干擾，造成通信失敗，因而需要設(shè)計一種傳輸協(xié)議，保證在這種不可靠的物理鏈路上建立起可靠的數(shù)據(jù)連接。本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集器與監(jiān)控計算機是一個簡單的多點對一點通信[6]。

3.1 波特率設(shè)置及通信方式的選擇

考慮到無線射頻模塊SRWF-106自身的特點并兼顧到數(shù)據(jù)通信的速度和穩(wěn)定性，本設(shè)計采用9 600 b/s。由于通信是多對一的關(guān)系，串口選擇工作方式3。

3.2 數(shù)據(jù)校驗方式的確定

使用無線通信技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)時，很容易遇上干擾，使傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致傳輸錯誤[7]?？紤]到系統(tǒng)的實際要求，本設(shè)計采用8位的CRC(循環(huán)冗余校驗)校驗方式。

CRC校驗和的計算是一種循環(huán)計算。從數(shù)學(xué)角度看，CRC校驗和是用生成多項式(算法規(guī)則)去除一個多項式(由數(shù)據(jù)塊表示)，CRC校驗為相除后所得的余項。CRC校驗是對要傳送的一個數(shù)據(jù)塊附加一些校驗位這些校驗位(CRC校驗位)由該數(shù)據(jù)塊算出，并隨同數(shù)據(jù)塊一并傳送。在接收端，對收到的數(shù)據(jù)塊重新按規(guī)定的算法計算CRC校驗和，從而可以判別數(shù)據(jù)傳輸過程是否出錯[8]。

本系統(tǒng)中的CRC校驗子程序如下:

DO_CRC:

PUSHACC ;CRC累加值

PUSHB

PUSHACC

MOVB，#08H;移位次數(shù)

CRC_LOOP:

XRLA，CRC

MOVA，CRC;CRC送入A

JNCZERO;判斷是0是1

XRLA，#18H ;更新CRC值

RRCA

MOVCRC，A

POPACC

RRA

PUSHACC

DJNZB，CRC_LOOP

POPACC

POPB

POPACC

RET

3.3 通信數(shù)據(jù)的編碼

為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蜏蚀_性，本設(shè)計采用的數(shù)據(jù)幀格式如表1所示。其中，前兩字節(jié)為起始同步信號，地址碼占用一個字節(jié)(0～255)，用它來標(biāo)示不同床位號;待發(fā)數(shù)據(jù)包括:心率(1 B)、呼吸頻率(1 B)、體溫(2 B)和采集時間(7 B);校驗碼為8位的CRC校驗碼。傳輸順序為:心率、呼吸頻率、體溫(高位在前，低位在后)、采集時間(依次為:秒、分、小時、日、月、年);當(dāng)發(fā)送應(yīng)答命令時，待發(fā)數(shù)據(jù)為2 B的0xCC或者0xBB[9]。

表1 通信的數(shù)據(jù)幀格式

0xFF0x00地址碼待發(fā)數(shù)據(jù)校驗碼

4 計算機軟件系統(tǒng)設(shè)計

在Windows操作平臺上采用可視化程序設(shè)計語言Visual Basic設(shè)計系統(tǒng)的Database Server，Visual Basic是面向?qū)ο蟮目梢暬焖賾?yīng)用開發(fā)工具，具有功能強大、界面友好、簡便易用和代碼執(zhí)行速度快等優(yōu)點。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)索引、系統(tǒng)設(shè)置、報表等功能[10]。根據(jù)病人病情的不同，醫(yī)生可以制訂不同的監(jiān)測標(biāo)準。圖3是系統(tǒng)操作界面的截圖(包含部分實驗數(shù)據(jù))。

圖2 數(shù)據(jù)接收器電氣原理圖

圖3 無人值守病房監(jiān)護系統(tǒng)操作界面

5 結(jié) 語

基于無線射頻技術(shù)的無人值守病房監(jiān)護系統(tǒng)省略了復(fù)雜的布線，安裝方便、操作簡單、工作可靠、故障率低、易于維護，一旦進入實用階段必將為醫(yī)院節(jié)省經(jīng)營成本，提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量和管理水平，最終使患者及醫(yī)務(wù)人員真正受益，這對于加快我國醫(yī)院的智能化建設(shè)進程具有重要意義。

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