基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能醫(yī)護(hù)腕表設(shè)計(jì)

陳杰

【摘 要】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展給醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響。本文以STM32與CC2530芯片為核心，進(jìn)行基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的醫(yī)護(hù)腕表的設(shè)計(jì)。該腕表可以根據(jù)需求擴(kuò)展各類(lèi)用于患者生理信息采集傳感器，并將各類(lèi)傳感器采集到的信息通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到指定服務(wù)器便于醫(yī)生隨時(shí)實(shí)時(shí)查看。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；傳感器；ZigBee

The Design of The Intelligent Medical Watch Based on The Internet of Things

CHEN Jie

（Suzhou Vocational University，Suzhou Jiangsu 215104，China）

【Abstract】The development of Internet technology brings deep influence to medical and health industry.Based on the STM32 and CC2530，the health watch designs based on the technology of Internet of things.According to demand， the watch can expand many kinds of sensor which used to collect all the physiological information，then send the information to the specified server to facilitate the doctor real-time view at any time.

【Key words】Internet of things；Sensor；ZigBee

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)Internet of things（IOT），采用智能感知、射頻識(shí)別、全球定位、無(wú)線通信等技術(shù)，將任何物品、任何信息與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)，形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間的通信和互動(dòng)，被稱(chēng)為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。隨著傳感器技術(shù)、微系統(tǒng)技術(shù)與通信技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的高速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已開(kāi)始逐漸改變了人類(lèi)的生活方式。

目前，在對(duì)病人進(jìn)行檢測(cè)或監(jiān)護(hù)時(shí)，往往需要將連接在監(jiān)測(cè)儀器上的傳感器探頭與病人相連，通過(guò)有線通信的在監(jiān)測(cè)儀器上進(jìn)行顯示，然后通過(guò)工作人員進(jìn)行記錄。固定的儀器、復(fù)雜的連線、特定的檢測(cè)環(huán)境，一方面，限制了病人的行動(dòng)自由，特別是在一些需要長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)時(shí)；另一方面，從生理和心理會(huì)影響病人身體狀況，使得診斷所得到的數(shù)據(jù)與真實(shí)情況有一定差距，從而會(huì)對(duì)后續(xù)的病情的正確診斷造成影響。

為了克服上述醫(yī)療中存在的問(wèn)題，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用現(xiàn)代傳感器技術(shù)，將傳感器固定在患者各個(gè)相應(yīng)部位進(jìn)行信息采集，通過(guò)佩戴在手腕上的智能腕表無(wú)線采集各傳感器信號(hào)后，通過(guò)現(xiàn)有的4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街付ǚ?wù)器，醫(yī)生可以通過(guò)自己的手機(jī)或電腦實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)對(duì)病人全天候、遠(yuǎn)程的檢查、監(jiān)測(cè)、診斷以及治療。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

目前，醫(yī)學(xué)上用于輔助診斷的檢測(cè)主要有心電監(jiān)護(hù)、心肺功能、呼吸監(jiān)測(cè)、血糖、關(guān)節(jié)形變、患者運(yùn)動(dòng)量等，醫(yī)生通過(guò)患者這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)或長(zhǎng)期檢測(cè)得到數(shù)據(jù)進(jìn)行病情診斷或治療。用于該信息檢測(cè)的傳感器有些可以安裝在腕表內(nèi)，有些需要安裝在特定的身體部位，隨著技術(shù)的發(fā)展，有些傳感器甚至可以植入人體內(nèi)部。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)總體框架如下圖所示：

2 各模塊功能

2.1 stm32系統(tǒng)

該模塊是腕表信息處理的中心，主要功能包括：1）與腕表內(nèi)置傳感器進(jìn)行信息交換獲取傳感器采集到的信息；2）與CC2530模塊通信，獲取CC2530通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)獲得的外圍傳感器采集到的信息；3）將上述信息與患者特定編號(hào)融合后定時(shí)發(fā)布到指定服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)，便于醫(yī)生隨時(shí)查閱；4）其余功能，如設(shè)定患者編號(hào)，連接服務(wù)器查閱自身生理信息或預(yù)約掛號(hào)等。

2.2 傳感器模塊

該部分主要包括能夠通過(guò)佩戴的手腕部分進(jìn)行的人體信息的檢測(cè)，主要包括脈搏、心電、皮電等信息。采集該類(lèi)信息的傳感器可以直接安裝在腕表內(nèi)，直接與STM32芯片進(jìn)行通信，信息傳遞，更為便利、節(jié)能。

2.3 CC2530模塊

系統(tǒng)中的CC2530芯片是用于2.4 GHz的ZigBee網(wǎng)絡(luò)的通信，它能夠以非常低的總的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。

由于布置在人體其余部位的傳感器，特別是植入人體的傳感器，絕大多數(shù)都采用無(wú)線通信與腕表進(jìn)行信息交換，它們的能量補(bǔ)充困難，因此，在此采用ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行各外圍傳感器與腕表間的通信。ZigBee網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)在于其低功耗性，是外圍的傳感器模塊在沒(méi)有電源補(bǔ)充或電源補(bǔ)充困難的前提下，能保持更長(zhǎng)的生命周期。

2.4 移動(dòng)通信模塊

為了保證信息的順利交互，腕表內(nèi)加入了用于與放置在醫(yī)院等地的指定服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的4G通信模塊。

存在了該模塊，后續(xù)也可以通過(guò)功能擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)與醫(yī)生之間的語(yǔ)音通信，視頻通信等功能。

2.5 外圍傳感器模塊

很多傳感器安置有特定的部位，例如關(guān)節(jié)姿態(tài)檢測(cè)的傳感器，往往需要安裝人體各關(guān)節(jié)處；用于測(cè)量血糖的，往往檢測(cè)人體手指部分；有些無(wú)電池的植入式傳感器，往往植入到人體的前胸、鎖骨或胳膊內(nèi)等等。這些模塊往往沒(méi)有固定能量來(lái)源，為了節(jié)約能耗，該模塊同樣采用CC2530，構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)與腕表上CC2530構(gòu)成的協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信。

該類(lèi)傳感器不但能檢測(cè)人體各類(lèi)生理信息，還能用于測(cè)量各類(lèi)放置在人體內(nèi)的假肢、心臟起搏器等的狀態(tài)。在該類(lèi)醫(yī)療一起出現(xiàn)問(wèn)題前，能及時(shí)通過(guò)腕表進(jìn)行報(bào)警。

3 總結(jié)

該設(shè)計(jì)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到智能醫(yī)療系統(tǒng)中，通過(guò)智能傳感器技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線通信等使患者的生理信息更加方便高效。該設(shè)計(jì)還存在許多可以擴(kuò)展的地方便于后續(xù)的開(kāi)發(fā)。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]