基于物聯網的便攜式心率監測和定位系統

吳馨怡　任俊杰　林紅

摘要：設計一款便攜式心率實時監測及患者定位系統。基于物聯網，將患者的心率數據通過無線網絡傳輸到服務器并保存到數據庫，實現PC客戶端與Android客戶端對于心率的實時檢測，當心率出現異常時可向家屬和醫務人員發送報警和定位信息。系統可實現長時間、遠距離的實時監測，可用于心血管病人的日常監護與及時救治。

關鍵詞：GPRS；服務器；數據庫；客戶端

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）04-0051-03

目前中國心血管疾病患病率仍處于上升的階段，心血管疾病患者人數已達2.9億，死亡率占居民疾病總死亡率40% 以上，高于腫瘤及其他疾病，心臟性猝死的發生機制十分復雜，也缺少一種有效、簡捷的可早期識別心臟性猝死高危人群的方法。在過去的幾十年中，對于心率監護技術和系統的開發，大多以醫療護理的目的，實現了人體心率及其他生理參數的實時監護[3]，但這些系統通常忽略了測量裝置的移動性，而一些便攜式心率監測裝置解決了移動性和舒適性，但缺少患者定位系統。

物聯網通過各種信息傳感設備，實時采集所需要的信息，與互聯網結合形成巨大的信息傳輸網絡，傳輸到各個終端。本文根據物聯網的理念，心率數據通過互聯網傳輸到服務器；移動APP則通過互聯網訪問服務器，解決了被監測端與監測終端受地域限制的問題，實現了患者心率數據的實時監測和發病時的及時救治。

1 系統設計

基于物聯網的便攜式心率監測和定位系統如圖1所示，由心率采集、GPS定位、數據傳輸、PC端客戶端以及手機客戶端等模塊構成。心率采集模塊測量心率信號，信號處理模塊將心率數據進行處理并傳輸至GSM模塊，GSM利用GPRS功能將數據通過互聯網傳輸到TCP服務器，服務器將數據保存到數據庫。醫療機構PC客戶端直接訪問數據庫實現心率監測；手機客戶端則通過Web服務器訪問數據庫實現心率監測。在患者出現心率異常時向家屬和相關醫護人員發送報警短信和定位信息。

2 硬件設計

系統硬件框圖如圖2所示，采用SON1205反射式光電傳感器模塊采集心率，OUT1輸出脈搏方波信號；選STM32F013VE作為主控芯片將采集到的心率信號進行處理并通過USART1_TX傳輸給GSM模塊。當心率值不在閾值范圍內，則啟動GPS定位模塊UBLOX-6M進行定位，并通過GSM模塊SIM800A將報警和定位信息以短信形式發送至家屬和醫務人員的手機。心率的實時數據可通過SIM800A模塊傳輸到服務器。

3 系統軟件設計

3.1 系統主程序

系統主程序如圖3所示，系統初始化結束后對心率采樣處理，如出現異常則定位報警。實時數據將傳至服務器。

3.2 網絡數據傳輸

數據傳輸總體規劃如圖4所示，GSM通過互聯網與TCP服務器通信，進行心率傳輸；服務器、數據庫與PC客戶端位于同一個局域網內，TCP將接收到的數據存放于數據庫，PC客戶端可直接通過局域網訪問數據庫，獲取相關信息；手機客戶端則可通過互聯網訪問Web服務器以請求訪問數據庫。

互聯網通信分為兩大部分：GSM模塊與TCP服務器的通信、手機客戶端與Web服務器的通信。GSM模塊與TCP服務器的通信中，GSM通過配置APN、設置GPRS功能、配置TCP域名和端口號等，來向TCP服務器發送請求實現連接。手機客戶端與Web服務器的通信中，手機客戶端向服務器發送相關指令請求訪問數據庫相應數據，服務器反饋數據給手機客戶端。

局域網絡通信主要由服務器、數據庫和PC客戶端組成。采用SQL Server數據庫，其獨立存在于醫療機構內部的局域網內，醫生可以直接對數據庫內數據進行增加、修改、刪除等。數據庫包含醫生信息庫，病人資料信息庫，病人歷史心率數據庫，病人異常心率數據庫和病人編號與GSM編號配對表。

4 終端設計

4.1 PC客戶端

PC客戶端如圖5、圖6所示，包含登陸和主頁兩個界面。登陸界面供醫務人員使用，具有登陸、密碼修改和注冊三個功能。主頁具有信息查詢、實時心率和歷史查詢三個功能。醫護人員可通過信息查詢查看患者的基本信息，通過實時心率功能查看患者心率實時數據，歷史查詢功能可查閱患者的曾經異常心率數據。

4.2 手機客戶端

患者家屬和醫務人員的手機主要用來接收患者的報警和定位信息，當患者心率異常時，手機將接收到如圖7所示信息，當收到反饋的信息后，系統停止發送。

手機客戶端則如圖8所示，包含登陸界面和查詢界面，可進行心率異常數據的查詢，方便醫護人員對患者的及時救助。

5 結語

本文設計了一款基于物聯網的便攜式心率監測和定位系統。患者所攜帶的心率監測裝置通過GSM模塊與TCP服務器進行通信，手機端接受報警信息并與Web服務器建立通信從而訪問數據庫，PC客戶端則通過局域網訪問數據庫。測試結果表明，各部分與服務器通信良好，當心率數據異常時會及時收到包含病人位置信息警告，與傳統醫療設備相比，具有移動性、舒適性、功耗低等特點。與其他便攜式心率監測裝置相比，又具有患者定位功能。但目前僅可監測心率一項指標。通過進一步的設計完善，該系統有望應用于人體多項生命體征的長期遠程實時監測，在醫療方面具有廣闊前景。

參考文獻

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