濟(jì)寧市育才中學(xué) 蔣凌飛

1 引言

1.1 嬰兒健康保障系統(tǒng)的重要性

嬰兒，生命的延續(xù)，家庭民族的希望。但是，嬰兒被盜的現(xiàn)象頻頻發(fā)生。例如：2013年11月3日下午，湖北省通城縣人民醫(yī)院婦產(chǎn)科待產(chǎn)室內(nèi)，一名出生不到兩天的男嬰，在母親和陪護(hù)親屬去洗手間時(shí)，被一名女子抱走。醫(yī)院副院長(zhǎng)承認(rèn)安全管理存在不足。家屬曾愿懸賞5萬(wàn)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(jìn)而販賣嬰兒，通過(guò)做這種道德泯滅的事來(lái)賺取不義之財(cái)，不僅給一個(gè)家庭帶來(lái)嚴(yán)重的損失，還會(huì)擾亂社會(huì)秩序，引發(fā)醫(yī)患矛盾，同時(shí)也給醫(yī)院帶來(lái)不好的名聲。而有時(shí)，由于剛出生的嬰兒難以辨認(rèn)，如果不加以標(biāo)記，很可能導(dǎo)致新生嬰兒的錯(cuò)抱現(xiàn)象，這同樣也受到社會(huì)的關(guān)注。所以，嬰兒的防盜工作就尤為重要，該系統(tǒng)可以有效地處理此問(wèn)題。其次，嬰兒的護(hù)理工作也極其重要。新生兒由于表達(dá)能力欠缺，他們往往會(huì)以哭泣的方式表達(dá)感情，而親屬卻很難理解嬰兒心之所想，不能及時(shí)了解嬰兒的身體狀況，甚至有時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)嬰兒是否生病。

綜上所述，設(shè)計(jì)一套完善的嬰兒健康保障系統(tǒng)是社會(huì)的需要。顧名思義，所謂嬰兒健康保障系統(tǒng)就是以現(xiàn)有的技術(shù)和手段，通過(guò)制造一個(gè)相對(duì)完善的系統(tǒng)來(lái)預(yù)防嬰兒被盜或錯(cuò)抱問(wèn)題，同時(shí)也具有對(duì)嬰兒健康監(jiān)測(cè)的功能。設(shè)計(jì)這樣一套系統(tǒng)可以對(duì)嬰兒實(shí)行有效的監(jiān)護(hù)，并在防盜的基礎(chǔ)上保障嬰兒的健康，減少家長(zhǎng)的負(fù)擔(dān)，同時(shí)也保障了嬰兒的健康成長(zhǎng)。

1.2 嬰兒健康保障系統(tǒng)的現(xiàn)狀

目前，市面上僅有嬰兒防盜系統(tǒng)，較完善的嬰兒健康保障系統(tǒng)在市面上比較缺乏，雖然有很多相關(guān)設(shè)計(jì)，但目前并沒(méi)有一個(gè)將嬰兒防盜和嬰兒健康監(jiān)測(cè)結(jié)合于一體的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的嬰兒監(jiān)護(hù)方案是家長(zhǎng)對(duì)嬰兒實(shí)行看護(hù)和照顧，近幾年陸續(xù)出現(xiàn)了許多嬰兒防盜系統(tǒng)的產(chǎn)品。比如，在江蘇省蘇州第三人民醫(yī)院、安徽省第二人民醫(yī)院、云南省曲靖市人民醫(yī)院、新疆克州人民醫(yī)院、中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院等各大醫(yī)院都已使用南京歐鵬公司研發(fā)的嬰兒防盜產(chǎn)品，并且在醫(yī)院中安裝了一套完善的輔助系統(tǒng)，而云南晨華科技有限公司也投入研發(fā)了名為“紅點(diǎn)嬰兒防盜”的系統(tǒng)，并研發(fā)了相應(yīng)的手機(jī)APP與該系統(tǒng)結(jié)合使用。在加拿大，希瑪特公司同樣研制了名為“Hugs”的嬰兒防盜系統(tǒng)。盡管嬰兒防盜系統(tǒng)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(tǒng)自身缺陷以及使用者心理因素等問(wèn)題而沒(méi)有得到很好的普及。另外，目前現(xiàn)有的嬰兒防盜系統(tǒng)使用地僅限于醫(yī)院，而缺少家中對(duì)嬰兒的監(jiān)護(hù)，嬰兒離開(kāi)醫(yī)院，仍然缺少保障。

1.3 本系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)

本系統(tǒng)是在嬰兒防盜系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了對(duì)嬰兒健康保障的系統(tǒng)。它不僅具有對(duì)嬰兒的防盜作用，保護(hù)嬰兒的人身安全，同樣也具有對(duì)嬰兒身體狀況以及對(duì)嬰兒所處環(huán)境的檢測(cè)功能，如：對(duì)有害氣體的檢測(cè)報(bào)警、對(duì)溫濕度的檢測(cè)、對(duì)嬰兒生理指標(biāo)的檢測(cè)以及對(duì)嬰兒生活用品的消毒等輔助功能。它能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)嬰兒身邊存在的隱患，并將隱患及時(shí)通過(guò)手機(jī)APP或以報(bào)警的形式匯報(bào)給嬰兒監(jiān)護(hù)人，保障了嬰兒的健康成長(zhǎng)，另外，該系統(tǒng)除了可以應(yīng)用于醫(yī)院月子中心之外，還可以運(yùn)用于家中，實(shí)現(xiàn)對(duì)嬰兒的全方位保護(hù)。

2 方案設(shè)計(jì)

圖1 嬰兒健康保障系統(tǒng)整體框圖

嬰兒健康保障系統(tǒng)整體框圖如圖1所示：

該系統(tǒng)主要分為嬰兒防盜系統(tǒng)和嬰兒健康檢測(cè)系統(tǒng)兩部分，其中嬰兒防盜系統(tǒng)主要用于解決嬰兒被盜或抱錯(cuò)等安全問(wèn)題，而嬰兒健康檢測(cè)系統(tǒng)主要包括四個(gè)部分，分別是：空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)、消毒系統(tǒng)、溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)、嬰兒生理指標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在醫(yī)院和家中等眾多場(chǎng)所都適用。

嬰兒防盜系統(tǒng)：該系統(tǒng)借助RFID技術(shù)，通過(guò)在嬰兒身上佩戴對(duì)人體無(wú)害的，能發(fā)射RF射頻信號(hào)的智能電子手環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)，嬰兒電子手環(huán)定時(shí)發(fā)射具有惟一ID信息給嬰兒防盜系統(tǒng)，系統(tǒng)據(jù)此對(duì)嬰兒所在位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和追蹤，同時(shí)對(duì)企圖盜竊嬰兒的行為及時(shí)報(bào)警提示。

空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)：嬰兒對(duì)空氣質(zhì)量的要求很高，二氧化硫超標(biāo)會(huì)使嬰兒呼吸困難，甚至引發(fā)哮喘。PM 2.5可以對(duì)呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)造成傷害。而如果氮氧化物超標(biāo)則會(huì)引發(fā)肺水腫。鉛如果超標(biāo)則會(huì)影響生長(zhǎng)發(fā)育和智力。所以該系統(tǒng)通過(guò)利用氣體傳感器對(duì)超標(biāo)指標(biāo)進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)打開(kāi)空氣凈化器使空氣質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

消毒系統(tǒng):嬰兒的免疫能力較差，而嬰兒經(jīng)常會(huì)把身邊的物品放在嘴里，因此嬰兒的生活物品需要進(jìn)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(jìn)行消毒。

溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)：對(duì)于嬰兒，溫度一般保持在20-26攝氏度左右，而濕度應(yīng)達(dá)到45%～70%，所以該系統(tǒng)可通過(guò)溫濕度傳感器對(duì)嬰兒生活的環(huán)境進(jìn)行檢查和報(bào)警，使監(jiān)護(hù)人可以及時(shí)打開(kāi)空調(diào)或開(kāi)窗通風(fēng)。

嬰兒生理指標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)：在嬰兒防盜手環(huán)中嵌入對(duì)嬰兒生理指標(biāo)，如心率、血壓等的檢測(cè)裝置，如果嬰兒某項(xiàng)生理指標(biāo)超標(biāo)，則可以報(bào)警。

3 嬰兒防盜系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式

嬰兒防盜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 嬰兒防盜系統(tǒng)示意圖

該系統(tǒng)的所有部分都受計(jì)算機(jī)控制中心控制，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括通信網(wǎng)關(guān)和防盜系統(tǒng)中的各種服務(wù)器以及終端計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)的核心是基于物聯(lián)網(wǎng)的RFID嬰兒防盜標(biāo)簽設(shè)計(jì)，在嬰兒身上佩戴能發(fā)射RF射頻信號(hào)的智能電子標(biāo)簽，標(biāo)簽主要由電源，微控制器和RF發(fā)射組成，電子標(biāo)簽?zāi)懿粩嗟刈詣?dòng)發(fā)射出信號(hào)以便系統(tǒng)和手機(jī)APP隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)每一位帶有防盜標(biāo)簽的嬰兒進(jìn)出時(shí)都會(huì)發(fā)射出惟一的ID編號(hào)，監(jiān)控中心的終端計(jì)算機(jī)能隨時(shí)顯示進(jìn)出嬰兒的信息。系統(tǒng)的讀寫器部分可以向防盜標(biāo)簽提供射頻能量，從防盜標(biāo)簽中讀出數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)信息處理，并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用操作以及高層交互應(yīng)用。門禁系統(tǒng)則可以在嬰兒被抱走后及時(shí)作出響應(yīng)，當(dāng)嬰兒從嬰兒房中被抱走，防盜標(biāo)簽就會(huì)接收到出口監(jiān)視器的信號(hào)并通過(guò)接收器向監(jiān)控中心以及與該系統(tǒng)綁定的手機(jī)APP發(fā)出報(bào)警信號(hào)，系統(tǒng)不斷監(jiān)控出口監(jiān)視器的工作狀態(tài)并對(duì)嬰兒進(jìn)行跟蹤并及時(shí)在手機(jī)APP上進(jìn)行反映。門禁控制系統(tǒng)的讀寫器會(huì)通過(guò)編碼和解碼使防盜標(biāo)簽與計(jì)算機(jī)保持通信，并啟動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)。顯示屏?xí)皶r(shí)反映嬰兒所在位置。

4 嬰兒健康保障系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 RFID技術(shù)

RFID即射頻識(shí)別技術(shù)，俗稱電子標(biāo)簽，通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象，并對(duì)其信息進(jìn)行標(biāo)志、登記、儲(chǔ)存和管理。RFID系統(tǒng)是利用RFID技術(shù)并集識(shí)別、傳輸、共享信息等功能于一體的智能系統(tǒng)。一個(gè)簡(jiǎn)單的RFID系統(tǒng)有四部分組成:電子標(biāo)簽、閱讀設(shè)備、天線、應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)的嬰兒防盜系統(tǒng)部分就是利用此技術(shù)，在嬰兒佩戴的腕帶中嵌入能發(fā)射RF信號(hào)的電子標(biāo)簽來(lái)實(shí)現(xiàn)防盜作用的。

（1）電子標(biāo)簽由芯片、天線及載體組成，芯片其內(nèi)存用來(lái)保存ID等特定信息。天線是用來(lái)接受和發(fā)送信息和指令。載體是用來(lái)安裝和保護(hù)芯片和天線。每個(gè)RFID標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。

（2）讀寫器也稱閱讀器、詢問(wèn)器，是對(duì)RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀/寫操作的設(shè)備，讀寫器是RFID系統(tǒng)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式。

（3）天線是RFID標(biāo)簽和讀寫器之間實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)空間傳播和建立無(wú)線通訊連接的設(shè)備。RFID系統(tǒng)中包括兩類天線，一類是RFID標(biāo)簽上的天線，另一類是讀寫器天線，既可以內(nèi)置于讀寫器中，也可以通過(guò)同軸電纜與讀寫器的射頻輸出端口相連。目前的天線產(chǎn)品多采用收發(fā)分離技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收功能的集成。

（4）應(yīng)用系統(tǒng)可運(yùn)行應(yīng)用軟件，是對(duì)閱讀器傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的裝置。在射頻識(shí)別系統(tǒng)中，閱讀器和電子標(biāo)簽的所有動(dòng)作都由應(yīng)用軟件來(lái)控制。

讀寫器通過(guò)天線把電磁波發(fā)射到空中，鄰近的標(biāo)簽被電磁波激活；電磁波在標(biāo)簽上的天線中激勵(lì)起高頻電流，轉(zhuǎn)換后推動(dòng)標(biāo)簽的集成電路工作；被激活的標(biāo)簽會(huì)隨即發(fā)射出載有標(biāo)簽資料的無(wú)線電波，這些微弱的無(wú)線電波最后再由讀寫器接收。讀寫器與電腦連接，對(duì)標(biāo)簽傳回的資料進(jìn)行處理或啟動(dòng)回應(yīng)該資料的相關(guān)電腦程序。嬰兒防盜系統(tǒng)則是按照此流程實(shí)現(xiàn)自身的功能的。

4.2 傳感器技術(shù)

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《傳感器通用術(shù)語(yǔ)》定義傳感器為：“能感受（或響應(yīng)）規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的輸出器件或裝置”。傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路組成。

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

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

（3）信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路：把傳感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理和控制的有用電信號(hào)的電路。

作為一種檢測(cè)裝置，傳感器能夠感受到各種物理量、化學(xué)量、生物量或狀態(tài)量等被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)到的信息按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。具體來(lái)說(shuō)，傳感器是一種能夠?qū)Ξ?dāng)前狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別的元器件，當(dāng)特定的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，傳感器能夠立即察覺(jué)出來(lái)，并且能夠向其他的元器件發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，用來(lái)告知狀態(tài)的變化。常見(jiàn)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(tǒng)中的嬰兒健康檢測(cè)系統(tǒng)就是利用傳感器方面的知識(shí)，在原有系統(tǒng)中加入溫濕度傳感器、氣體傳感器等傳感器裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。

5 結(jié)論

本項(xiàng)目運(yùn)用了基于物聯(lián)網(wǎng)的嬰兒防盜系統(tǒng)和嬰兒健康檢測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出一套完善的嬰兒健康保障系統(tǒng)。在嬰兒被盜案件頻發(fā)，嬰兒護(hù)理面臨問(wèn)題的當(dāng)今社會(huì)，該系統(tǒng)也就顯得尤為重要。該系統(tǒng)可以運(yùn)用到醫(yī)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(cè)和及時(shí)消除嬰兒身邊的隱患，對(duì)于社會(huì)發(fā)展有很大益處。

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