基于物聯網的醫院病房智能監護系統設計與實現

許建國 張佳 郭麥成

摘 要： 基于物聯網技術的飛速發展和ZigBee，RFID技術的普及，為醫院病房智能監護系統的設計提出一種基于物聯網和Android技術的解決方案。該系統硬件由移動智能終端SDA、ZigBee模塊、A10平臺、服務器等部分構成。醫護人員可以通過移動智能終端SDA記錄病患的診療信息，并根據預設的診療流程進行下一步的診療操作；同時可以通過Web端應用程序實時查詢病患的診療信息以及病房內的相關環境信息。系統運行結果表明，該系統能夠實現病患診療信息的實時記錄和查詢，同時能夠實現病房環境的實時監測，設計方案切實有效，具有較高的實用價值。

關鍵詞： 物聯網技術； 智能監護系統； 移動智能終端； RFID； ZigBee； A10平臺

中圖分類號： TN923?34； TP311.5 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）08?0083?04

Abstract： Based on the rapid development of Internet of Things （IoT） technology and the popularization of RFID and ZigBee technologies， a solution based on IoT and Android technology is proposed for the design of the hospital ward intelligent monitoring system. The system hardware is composed of the mobile smart terminal SDA， ZigBee module， A10 platform， server and other parts. The medical staff can record patients′ diagnosis and treatment information by using the mobile smart terminal SDA， and carry out the next diagnosis and treatment operation according to the preset diagnosis and treatment procedure. Meanwhile， patients′ diagnosis and treatment information and the relevant environmental information in the ward can be queried in real time by means of the application program on the Web side. The system operation results show that this system can record and query patients′ diagnosis and treatment information in real time， and realize real?time monitoring of the environment in the ward. The design scheme is indeed effective， and has a high practical value.

Keywords： IoT technology； intelligent monitoring system； mobile smart terminal； RFID； ZigBee； A10 platform

0 引 言

隨著信息化時代的飛速發展，醫院的理念和服務將相應改變。利用計算機技術和網絡技術等現代科技的先進成果，改善傳統病房監護系統勢在必行，智能化的醫院病房監護系統的實現將使住院患者，尤其是危重病人的康復更加安全有效。

醫院可通過病房監護系統隨時對病人進行會診，將進一步改善醫院病房的服務環境，加快醫院運作的現代化管理進程。

本系統在充分研究RFID技術、ZigBee技術的基礎上，設計了基于物聯網的醫院病房智能監護系統。系統中采用具有RFID識別功能的移動智能終端SDA，能夠識別醫護人員的身份標牌和病患手環；系統預設了對病患診療操作的流程，醫護人員通過SDA能夠查詢病患的診療信息，并根據已完成的診療操作確定下一步的處置方式；同時可以通過多種傳感器對病房的環境信息進行實時監控，起到一定的安防作用。

1 系統硬件設計

1.1 系統總體架構

系統架構如圖1所示，其由基于Andriod的A10平臺、移動智能終端SDA、ZigBee模塊、服務器等部分構成。SDA負責采集醫護人員和病患的信息，經過處理后上傳到服務器；ZigBee終端節點采集醫院內多個病房的環境信息（包括溫濕度、煙霧報警等），ZigBee協調器將采集到的數據通過USB方式傳送給A10平臺實時處理后上傳到網絡服務器。

醫護人員成功完成身份識別后，可以通過SDA對病患的診療信息進行查詢，同時可以根據當前診療信息確定下一步的處置方式，也可以通過Web端應用程序實時查詢病患的診療信息以及對病房內的環境實時監控。

1.2 基于Andriod的A10平臺

系統硬件平臺以全志A10處理器為核心，平臺外圍擴展電路十分豐富。該平臺作為病房環境數據流通的中轉樞紐，負責數據的處理和上傳。系統平臺采用Andriod系統，通過USB的方式獲取各個病房的環境監測信息，解析后把數據拼接成JSON方式上傳到服務器端，A10硬件平臺框圖如圖2所示。

1.3 ZigBee模塊設計

ZigBee模塊包括協調器和終端節點兩部分，采用基于CC2530的開發模塊，終端節點可以同時搭載溫濕度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器和繼電器模塊等。其中終端節點放置于醫院內的不同病房內，用于實現多個病房的環境監測。

該模塊的功能包含以下兩點：ZigBee終端節點以輪詢方式實時采集病房內環境信息；ZigBee協調器在成功組網的情況下將采集到的數據通過USB傳送到的A10硬件平臺。

1.4 移動智能終端SDA設計

該模塊分為移動智能終端SDA和內含電子標簽的身份標牌（或者手環）兩部分，醫院為醫護人員發放RFID身份標牌，為住院病患發放智能手環。醫護人員的身份標牌內存放著醫護人員的ID號、姓名、性別、年齡、科室等信息。

病患持有的手環內存放有ID號、姓名、性別、年齡、疾病類型、當前狀態等信息。當醫護人員和病患需要進入病房時，可以通過SDA首先進行身份識別，醫護人員可以通過SDA查詢病患的診療信息；當醫護人員根據現有診療信息做出下一步處置方式時，系統將會記錄這一操作，并將數據通過網絡實時傳送到服務器端。

1.5 服務器端

服務器端主要完成以下兩個方面的工作：

1） 接收來自A10硬件平臺發來的各個病房環境監測數據、移動智能終端SDA發來的病患診療信息和醫護人員處置信息等。

2） 將病患診療信息、醫護人員處置信息和病房環境監測數據通過Internet發送到SDA和Web端。

2 系統軟件設計

2.1 服務器配置與實現

采用MVC架構的方法編寫Web代碼，在VIEW層利用Web動態的顯示病患就診流程、狀態與結果；醫護人員經過登錄后可查詢病患的診療信息與病房環境狀態（包括溫度、濕度等，其中溫度和濕度使用曲線圖顯示）；醫護人員通過查詢可以看到門診中所有病患的診療信息，并且可以對病患的診療信息進行修改。Control層對數據庫中每個表需要的操作編寫SQL語句和接口，供Model層調用。Model層為每個Rest文件所需要的邏輯處理和數據提供方法。

2.2 數據庫設計與實現

數據庫主要是為系統提供數據和存儲數據，可以使用戶清楚地知道系統的當前狀況和歷史狀態。限于篇幅，下面給出本系統中主要的醫護人員信息表、病患信息表、操作記錄表3個數據表，如表1～表3所示。

2.3 A10平臺程序設計

A10服務端是連接底層和網絡服務器的橋梁，通過USB口讀取ZigBee協調器采集的數據，然后對數據進行解碼處理，處理之后請求服務器，將數據存儲到網絡數據庫中。A10服務端的功能主要分為以下3部分。

2.3.1 串口操作的實現

在JNI中，要實現打開和關閉串口，打開串口以后，以FileDescriptor返回，此時就可以像文件那樣對串口進行讀寫。

2.3.2 打開ZigBee協調器

調用.so根據設置的COM和波特率打開串口，開辟線程以文件輸入輸出流的方式等待數據，同時定義抽象方法onDataReceived為數據到達提供監聽者。

2.3.3 數據解碼、打包、發送

接收到長度為11位的十六進制數據后，對數據進行解碼，取出數據類型、數值等信息，然后加上當前病房的相關信息等，封裝為JSON對象，開辟發送線程，請求服務器，將數據發送給服務器。

2.4 移動智能終端應用程序設計

移動智能終端SDA上運行的是基于Android 4.0的APP，該軟件主要負責醫護人員數據查詢、操作，病房環境信息監測等。利用HTTP協議、JSON對象，Web Restful API等，與網絡數據庫進行交互，異步請求，將獲得的數據展示給用戶。

2.4.1 綁定手環界面

初始化界面，設置廣播接收。當存在網絡的時候，輸入患者就診卡號，可以直接得到患者信息，當不存在網絡，需要用戶手動輸入。按下側鍵，發送廣播，會讀取手環上的信息，錄入到相應TextView。完畢后，醫護人員確認，完成綁定。

2.4.2 病患列表

讀取網絡或本地的PatientJSON數據，得到綁定手環的病患信息，解析之后，每次上拉或界面切換，都會刷新一次該list；同時實現了側滑事件，當監聽到側滑事件時，會加載item_chid，點擊該布局上的控件，響應相應的方法。

2.4.3 醫護人員列表

設置廣播監聽，觸發廣播，當收到廣播后，通過廣播中的信息判斷是否是醫護人員觸發，如果是就會執行回調函數，得到該醫護人員信息，并將該消息通過NotificationManager推送到狀態通知欄，顯示在MedicalWorkerFragment的醫護人員列表里。如果點擊該通知，可以進入NewsFragment的醫護人員出入信息列表。

2.4.4 病房環境監控

初始化GridView，點擊GridView的不同的Item可以進入不同的界面，如溫度監測、濕度監控、紅外監控等。

2.4.5 室內溫度監控

初始化控件接收到通過putExtra發送過來的url，并訪問該url。執行網絡請求，得到最新的溫度數據，通過Timer對象，實現每隔2 s刷新一次數據，并將該數據綁定到HelloChart的圖表控件上。

3 移動智能終端測試

3.1 手環綁定測試

初次進入系統，進入選擇科室界面，選擇科室之后可以查看病患列表。輸入就診卡號，當有網絡連接時，可以點擊確認從數據庫獲取患者信息，然后可以通過RFID感應，綁定手環。點擊綁定后，數據源改變，動態刷新病患列表。

3.2 醫護人員操作測試

點擊列表的病患Item，會進入該病患的執行操作界面，如圖5所示。執行相關操作后點擊確定，數據源改變，自動返回病患列表，“病患的已完成操作”內容會顯示最后一次操作；再進入該病患的操作界面，會根據已完成操作，得到接下來需要進行的操作，如圖6所示。

標題

4 結 論

本系統在充分研究RFID、ZigBee等技術的基礎上，設計了基于物聯網的醫院病房智能監護系統。實際運行結果表明，本系統能夠實現對病患診療信息的實時記錄和查詢，同時能夠實現對病房環境的實時監測，設計方案切實有效，具有較高的實用價值。

參考文獻

[1] 馮巧娟，王春麗.危重病人的物聯網智能監護系統設計與實現[J].計算機測量與控制，2014，22（2）：431?433.

FENG Qiaojuan， WANG Chunli. Critically III patients of Internet of Things intelligent monitoring system design and implementation [J]. Computer measurement &； control， 2014， 22（2）： 431?433.

[2] 宋菲.基于ZigBee和OpenCV的老人智能監護系統的設計與實現[D].上海：上海交通大學，2015.

SONG Fei. Design and implementation of intelligent monitoring system for the old based on OpenCV and ZigBee [D]. Shanghai： Shanghai Jiao Tong University， 2015.

[3] 樊月輝.基于無線網絡的智能監護系統設計[J].信息技術與信息化，2015（6）：177?178.

FAN Yuehui. Design of intelligent monitoring system based on wireless network [J]. Information technology &； informatization， 2015（6）： 177?178.

[4] 郭興明，陳麗珊，陳旻，等.基于智能手機的心電實時監護系統的設計[J].計算機應用研究，2010，27（6）：2181?2183.

GUO Xingming， CHEN Lishan， CHEN Min， et al. Design of real?time ECG monitoring system based on smart?phone [J]. Application research of computers， 2010， 27（6）： 2181?2183.

[5] 吳飛，楊宏橋，張矚熹.基于ZigBee的醫院病區護理智能化無線監護系統[J].中國醫療設備，2008，23（10）：13?15.

WU Fei， YANG Hongqiao， ZHANG Zhuxi. Intelligent nursing &； wireless monitoring system based on ZigBee in hospital wards [J]. China medical devices， 2008， 23（10）： 13?15.

[6] 石濤.基于Android系統智能手機的心電遠程監護系統軟件設計[D].北京：北京工業大學，2013.

SHI Tao. Software design of remote ECG monitoring system based on smart?phone of Android [D]. Beijing： Beijing University of Technology， 2013.

[7] 喬樺.基于ZigBee的醫院監護系統的研究和設計[D].長沙：國防科技大學，2007.

QIAO Hua. Design and implementation of hospital monitoring system based on ZigBee [D]. Changsha： National University of Defense Technology， 2007.

[8] AHMED K S， EI?METWALLY S M. Portable low?cost heart attack detection system using ZigBee wireless technology [C]// Proceedings of International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering. Switzerland： Springer， 2015： 155?162.

[9] FUZI M F M， IBRAHIM A F， ISMAIL M H， et al. HOME FADS： a dedicated fire alert detection system using ZigBee wireless network [C]// Proceedings of IEEE 5th Control and System Graduate Research Colloquium. Shah Alam： IEEE， 2014： 53?58.

[10] XU Jianguo. The design of intelligent logistics system based on Internet of Things [C]// Proceedings of 6th International Conference on Sensor Network and Computer Engineering. Paris： Atlantis Press， 2016： 554?557.

[11] KIM B， KIM Y， LEE I S， et al. Design and implementation of a ubiquitous ECG monitoring system using SIP and the Zigbee network [C]// Proceedings of International Conference on Future Generation Communication and Networking. Jeju： IEEE， 2007： 599?604.