基于物聯網的嬰兒健康保障系統的研究

濟寧市育才中學 蔣凌飛

1 引言

1.1 嬰兒健康保障系統的重要性

嬰兒，生命的延續，家庭民族的希望。但是，嬰兒被盜的現象頻頻發生。例如：2013年11月3日下午，湖北省通城縣人民醫院婦產科待產室內，一名出生不到兩天的男嬰，在母親和陪護親屬去洗手間時，被一名女子抱走。醫院副院長承認安全管理存在不足。家屬曾愿懸賞5萬元征集線索尋找孩子。盜竊嬰兒是一種極其惡劣的行為，某些人或組織利欲熏心，盜竊嬰兒進而販賣嬰兒，通過做這種道德泯滅的事來賺取不義之財，不僅給一個家庭帶來嚴重的損失，還會擾亂社會秩序，引發醫患矛盾，同時也給醫院帶來不好的名聲。而有時，由于剛出生的嬰兒難以辨認，如果不加以標記，很可能導致新生嬰兒的錯抱現象，這同樣也受到社會的關注。所以，嬰兒的防盜工作就尤為重要，該系統可以有效地處理此問題。其次，嬰兒的護理工作也極其重要。新生兒由于表達能力欠缺，他們往往會以哭泣的方式表達感情，而親屬卻很難理解嬰兒心之所想，不能及時了解嬰兒的身體狀況，甚至有時不能及時發現嬰兒是否生病。

綜上所述，設計一套完善的嬰兒健康保障系統是社會的需要。顧名思義，所謂嬰兒健康保障系統就是以現有的技術和手段，通過制造一個相對完善的系統來預防嬰兒被盜或錯抱問題，同時也具有對嬰兒健康監測的功能。設計這樣一套系統可以對嬰兒實行有效的監護，并在防盜的基礎上保障嬰兒的健康，減少家長的負擔，同時也保障了嬰兒的健康成長。

1.2 嬰兒健康保障系統的現狀

目前，市面上僅有嬰兒防盜系統，較完善的嬰兒健康保障系統在市面上比較缺乏，雖然有很多相關設計，但目前并沒有一個將嬰兒防盜和嬰兒健康監測結合于一體的系統。傳統的嬰兒監護方案是家長對嬰兒實行看護和照顧，近幾年陸續出現了許多嬰兒防盜系統的產品。比如，在江蘇省蘇州第三人民醫院、安徽省第二人民醫院、云南省曲靖市人民醫院、新疆克州人民醫院、中國醫科大學附屬第四醫院等各大醫院都已使用南京歐鵬公司研發的嬰兒防盜產品，并且在醫院中安裝了一套完善的輔助系統，而云南晨華科技有限公司也投入研發了名為“紅點嬰兒防盜”的系統，并研發了相應的手機APP與該系統結合使用。在加拿大，?，斕毓就瑯友兄屏嗣麨椤癏ugs”的嬰兒防盜系統。盡管嬰兒防盜系統取得了顯著成效，降低了嬰兒的被盜率，但因其租金昂貴，適用范圍較窄，系統自身缺陷以及使用者心理因素等問題而沒有得到很好的普及。另外，目前現有的嬰兒防盜系統使用地僅限于醫院，而缺少家中對嬰兒的監護，嬰兒離開醫院，仍然缺少保障。

1.3 本系統的創新點

本系統是在嬰兒防盜系統的基礎上，增加了對嬰兒健康保障的系統。它不僅具有對嬰兒的防盜作用，保護嬰兒的人身安全，同樣也具有對嬰兒身體狀況以及對嬰兒所處環境的檢測功能，如：對有害氣體的檢測報警、對溫濕度的檢測、對嬰兒生理指標的檢測以及對嬰兒生活用品的消毒等輔助功能。它能夠及時的發現嬰兒身邊存在的隱患，并將隱患及時通過手機APP或以報警的形式匯報給嬰兒監護人，保障了嬰兒的健康成長，另外，該系統除了可以應用于醫院月子中心之外，還可以運用于家中，實現對嬰兒的全方位保護。

2 方案設計

圖1 嬰兒健康保障系統整體框圖

嬰兒健康保障系統整體框圖如圖1所示：

該系統主要分為嬰兒防盜系統和嬰兒健康檢測系統兩部分，其中嬰兒防盜系統主要用于解決嬰兒被盜或抱錯等安全問題，而嬰兒健康檢測系統主要包括四個部分，分別是：空氣質量檢測系統、消毒系統、溫濕度檢測系統、嬰兒生理指標檢測系統。該系統在醫院和家中等眾多場所都適用。

嬰兒防盜系統：該系統借助RFID技術，通過在嬰兒身上佩戴對人體無害的，能發射RF射頻信號的智能電子手環來實現，嬰兒電子手環定時發射具有惟一ID信息給嬰兒防盜系統，系統據此對嬰兒所在位置進行實時監控和追蹤，同時對企圖盜竊嬰兒的行為及時報警提示。

空氣質量檢測系統：嬰兒對空氣質量的要求很高，二氧化硫超標會使嬰兒呼吸困難，甚至引發哮喘。PM 2.5可以對呼吸系統和心血管系統造成傷害。而如果氮氧化物超標則會引發肺水腫。鉛如果超標則會影響生長發育和智力。所以該系統通過利用氣體傳感器對超標指標進行報警，同時打開空氣凈化器使空氣質量達到標準。

消毒系統:嬰兒的免疫能力較差，而嬰兒經常會把身邊的物品放在嘴里，因此嬰兒的生活物品需要進行消毒，如嬰兒的衣物、玩具、奶瓶等生活用品可以用紫外線燈進行消毒。

溫濕度檢測系統：對于嬰兒，溫度一般保持在20-26攝氏度左右，而濕度應達到45%～70%，所以該系統可通過溫濕度傳感器對嬰兒生活的環境進行檢查和報警，使監護人可以及時打開空調或開窗通風。

嬰兒生理指標檢測系統：在嬰兒防盜手環中嵌入對嬰兒生理指標，如心率、血壓等的檢測裝置，如果嬰兒某項生理指標超標，則可以報警。

3 嬰兒防盜系統實現方式

嬰兒防盜系統結構如圖2所示：

圖2 嬰兒防盜系統示意圖

該系統的所有部分都受計算機控制中心控制，計算機控制系統包括通信網關和防盜系統中的各種服務器以及終端計算機。系統的核心是基于物聯網的RFID嬰兒防盜標簽設計，在嬰兒身上佩戴能發射RF射頻信號的智能電子標簽，標簽主要由電源，微控制器和RF發射組成，電子標簽能不斷地自動發射出信號以便系統和手機APP隨時進行監控。當每一位帶有防盜標簽的嬰兒進出時都會發射出惟一的ID編號，監控中心的終端計算機能隨時顯示進出嬰兒的信息。系統的讀寫器部分可以向防盜標簽提供射頻能量，從防盜標簽中讀出數據，完成數據信息處理，并實現應用操作以及高層交互應用。門禁系統則可以在嬰兒被抱走后及時作出響應，當嬰兒從嬰兒房中被抱走，防盜標簽就會接收到出口監視器的信號并通過接收器向監控中心以及與該系統綁定的手機APP發出報警信號，系統不斷監控出口監視器的工作狀態并對嬰兒進行跟蹤并及時在手機APP上進行反映。門禁控制系統的讀寫器會通過編碼和解碼使防盜標簽與計算機保持通信，并啟動語音報警系統。顯示屏會及時反映嬰兒所在位置。

4 嬰兒健康保障系統實現的關鍵技術

4.1 RFID技術

RFID即射頻識別技術，俗稱電子標簽，通過射頻信號自動識別目標對象，并對其信息進行標志、登記、儲存和管理。RFID系統是利用RFID技術并集識別、傳輸、共享信息等功能于一體的智能系統。一個簡單的RFID系統有四部分組成:電子標簽、閱讀設備、天線、應用系統。該系統的嬰兒防盜系統部分就是利用此技術，在嬰兒佩戴的腕帶中嵌入能發射RF信號的電子標簽來實現防盜作用的。

（1）電子標簽由芯片、天線及載體組成，芯片其內存用來保存ID等特定信息。天線是用來接受和發送信息和指令。載體是用來安裝和保護芯片和天線。每個RFID標簽具有唯一的電子編碼，附在物體上標識目標對象。

（2）讀寫器也稱閱讀器、詢問器，是對RFID標簽進行讀/寫操作的設備，讀寫器是RFID系統中最重要的基礎設施，可設計為手持式或固定式。

（3）天線是RFID標簽和讀寫器之間實現射頻信號空間傳播和建立無線通訊連接的設備。RFID系統中包括兩類天線，一類是RFID標簽上的天線，另一類是讀寫器天線，既可以內置于讀寫器中，也可以通過同軸電纜與讀寫器的射頻輸出端口相連。目前的天線產品多采用收發分離技術來實現發射和接收功能的集成。

（4）應用系統可運行應用軟件，是對閱讀器傳輸來的數據進行處理的裝置。在射頻識別系統中，閱讀器和電子標簽的所有動作都由應用軟件來控制。

讀寫器通過天線把電磁波發射到空中，鄰近的標簽被電磁波激活；電磁波在標簽上的天線中激勵起高頻電流，轉換后推動標簽的集成電路工作；被激活的標簽會隨即發射出載有標簽資料的無線電波，這些微弱的無線電波最后再由讀寫器接收。讀寫器與電腦連接，對標簽傳回的資料進行處理或啟動回應該資料的相關電腦程序。嬰兒防盜系統則是按照此流程實現自身的功能的。

4.2 傳感器技術

國家標準《傳感器通用術語》定義傳感器為：“能感受（或響應）規定的被測量并按照一定規律轉換成可用信號的輸出器件或裝置”。傳感器由敏感元件、轉換元件、信號調節與轉換電路組成。

（1）敏感元件：直接感受被測量對象（一般為非電量），并輸出與被測量對象成確定關系的其他量（一般為電量）的元件。

（2）轉換元件：又稱傳感元件，一般情況下，它不直接感受被測量，而是將敏感元件的輸出量轉換為電量輸出。

（3）信號調節與轉換電路：把傳感元件輸出的電信號轉換為便于顯示、記錄、處理和控制的有用電信號的電路。

作為一種檢測裝置，傳感器能夠感受到各種物理量、化學量、生物量或狀態量等被測量的信息，并能將檢測到的信息按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。具體來說，傳感器是一種能夠對當前狀態進行識別的元器件，當特定的狀態發生變化時，傳感器能夠立即察覺出來，并且能夠向其他的元器件發出相應的信號，用來告知狀態的變化。常見的傳感器包括溫度、壓力、濕度、光電、霍爾磁性傳感器、等等，該系統中的嬰兒健康檢測系統就是利用傳感器方面的知識，在原有系統中加入溫濕度傳感器、氣體傳感器等傳感器裝置來實現系統的功能。

5 結論

本項目運用了基于物聯網的嬰兒防盜系統和嬰兒健康檢測系統相結合，設計出一套完善的嬰兒健康保障系統。在嬰兒被盜案件頻發，嬰兒護理面臨問題的當今社會，該系統也就顯得尤為重要。該系統可以運用到醫院、月子中心及家庭中，不僅可以有效解決嬰兒的被盜事件，還可以檢測和及時消除嬰兒身邊的隱患，對于社會發展有很大益處。

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