胡秀麗 內(nèi)蒙古電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

一、引言

隨著5G通信技術(shù)以及傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，進(jìn)一步推動了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展。在國家“互聯(lián)網(wǎng)+”到“智能+”政策的引導(dǎo)下，物聯(lián)網(wǎng)將不同場景中不同形態(tài)的“物”接入到網(wǎng)絡(luò)，正在實(shí)現(xiàn)“智慧+”，近兩年，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、交通、醫(yī)療、環(huán)境、氣象等各領(lǐng)域越來越得到廣泛應(yīng)用。

隨著近幾年國家大力推行社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)，提倡提高常見病、多發(fā)病的診療、護(hù)理、康復(fù)等服務(wù)，社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)逐漸成為城市衛(wèi)生服務(wù)體系的重要組成部分，其職能是為轄區(qū)居民提供就近、方便的基礎(chǔ)性醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)，如康復(fù)、計劃生育技術(shù)指導(dǎo)、防疫保健等。例如在嬰幼兒防疫保健方面職能比較凸顯，一般嬰幼兒接種疫苗時需要預(yù)先測量體溫，注射疫苗15分鐘后需要觀察并再次測量體溫，而這些操作目前都是人為使用玻璃體溫計、額溫計或者耳溫計來測量，對于玻璃體溫計，水銀的性能穩(wěn)定，測量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好，而且價格低廉，不需要使用電池或者充電，但是它容易破碎，破碎易造成中毒，而且讀取溫度數(shù)據(jù)費(fèi)事，測量所需時間也比較長，有時候嬰幼兒不能很好地配合，配合不好易造成測量不準(zhǔn)確。紅外額溫計，在測量時受毛發(fā)、其他障礙物以及環(huán)境影響較大，例如，從寒冷的室外進(jìn)入室內(nèi)，測量時會使得體溫數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確而失真。耳溫計測量要求比較高，需要對準(zhǔn)耳膜，但是有的人耳道天生彎曲，也會造成測量不準(zhǔn)確，并且這些電子測溫計都需要充電或者使用電池，所以，目前各類體溫計都或多或少存在一些測量不準(zhǔn)確或者受環(huán)境影響等問題。一方面社區(qū)醫(yī)院工作人員短缺，不能及時測量，一方面嬰幼兒發(fā)熱速度迅速，病情轉(zhuǎn)換快，需要頻繁測量，這些過程無形中增加了醫(yī)護(hù)人員的工作負(fù)擔(dān)，同時不能及時了解嬰幼兒發(fā)熱程度。而且這些測量體溫的方式和數(shù)據(jù)記錄方法在很多方面存在不足和局限，如時間長、效率低、測量工作費(fèi)時費(fèi)力，手持紅外額溫計或者耳溫計雖然可以快速測量嬰幼兒體溫，但不能及時記錄存儲和匯總體溫數(shù)據(jù)，無法準(zhǔn)確、及時地追蹤到病人體溫狀況等，也不能根據(jù)體溫變化進(jìn)行監(jiān)測并做出預(yù)警。

鑒于以上原因，本文設(shè)計一個智能實(shí)時的溫度采集定位預(yù)警系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于社區(qū)醫(yī)院，設(shè)定采集周期，體溫傳感器自動采集溫度，并通過ZigBee節(jié)點(diǎn)發(fā)送到PC服務(wù)終端，PC服務(wù)端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析及存儲，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入社區(qū)醫(yī)院的工作場景，可以加快智慧型社區(qū)醫(yī)院的快速發(fā)展。此外，智能實(shí)時的溫度監(jiān)測和定位在社區(qū)醫(yī)院中如嬰幼兒日常保健、患兒監(jiān)護(hù)、臨床診斷、嬰幼兒預(yù)防疫苗注射及大規(guī)模傳染病預(yù)防和控制中具有的應(yīng)用價值，尤其在某些傳染性疾病的發(fā)病前期，體溫不斷升高是一個重要的體征，在監(jiān)測體溫的同時可以及時得到嬰幼兒目標(biāo)對象的行動路徑，根據(jù)路徑數(shù)據(jù)快速劃分隔離區(qū)域，防止病源的擴(kuò)張。

目前國內(nèi)一些高校也正在研究將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于醫(yī)院、校園、公共場所中，尤其隨著新冠肺炎的出現(xiàn)及傳播，進(jìn)一步推動了體溫測量的應(yīng)用。現(xiàn)在使用比較多的有溫度傳感器、紅外體溫測量、熱成像等，但是很多場所大多使用的是溫度傳感器，根據(jù)實(shí)際場景和要求，選擇傳輸數(shù)據(jù)的方式也不同，主要有有線和無線兩類通信方式，有線通信局限性較大，需要連接線路，隨著通信技術(shù)尤其5G通信的發(fā)展，逐漸被無線取代，當(dāng)前常用的無線通信方式是WiFi和藍(lán)牙，不受空間限制，而且比較經(jīng)濟(jì)。

本文綜合考慮社區(qū)醫(yī)院職能、常見社區(qū)醫(yī)院建筑環(huán)境，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計一個社區(qū)醫(yī)院的嬰幼兒體溫實(shí)時監(jiān)測與跟蹤預(yù)警系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)架構(gòu)及工作過程

本文擬應(yīng)用溫度傳感器和蜂鳴片進(jìn)行體溫感知和預(yù)警，使用無線網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)ZigBee進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，編寫一個GUI應(yīng)用軟件將從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳回的體溫數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，并實(shí)時地顯示到媒體屏幕終端。

系統(tǒng)主要功能有：

（1）體溫生理數(shù)據(jù)自動釆集功能。體溫數(shù)據(jù)釆集節(jié)點(diǎn)通過體溫傳感器采集嬰幼兒的體溫參數(shù)，并需保證其采集生理參數(shù)的實(shí)時性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

（2）數(shù)據(jù)無線傳輸功能。采集到的體溫數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絇C服務(wù)端，使社區(qū)醫(yī)院的服務(wù)監(jiān)控中心隨時了解嬰幼兒體溫變化，便于在第一時間做出響應(yīng)措施。

（3）體溫預(yù)警功能。預(yù)先設(shè)定溫度閾值，當(dāng)所測體溫達(dá)到閾值，溫度傳感器綁定的蜂鳴器會發(fā)出警報，從而提醒監(jiān)護(hù)人和醫(yī)護(hù)人員及時就行處理。

（4）數(shù)據(jù)處理及存儲功能。從無線網(wǎng)絡(luò)傳回的數(shù)據(jù)根據(jù)字段規(guī)范要求提取出溫度，并讀取標(biāo)簽信息進(jìn)行綁定，然后將數(shù)據(jù)以固定的存儲形式存儲到數(shù)據(jù)庫中。

（5）大屏顯示功能。將數(shù)據(jù)庫表中存儲的數(shù)據(jù)讀出來，按某種方式以不同時間點(diǎn)滾動顯示嬰幼兒個體對應(yīng)的體溫溫度。

整個軟硬件架構(gòu)由體溫感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用展示層組成。其中，體溫感知層由電子標(biāo)簽、體溫傳感器和蜂鳴片組成，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和預(yù)警；網(wǎng)絡(luò)傳輸層包括 Wi-Fi 無線網(wǎng)絡(luò)和ZigBee節(jié)點(diǎn)，主要負(fù)責(zé)對采集好的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸；應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)將網(wǎng)絡(luò)傳輸回的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，截取有效的溫度字段數(shù)據(jù)，將其對應(yīng)地存儲到數(shù)據(jù)庫中，同時記錄序列測溫時間，并且將溫度實(shí)時地顯示在屏幕上。架構(gòu)圖如圖1所示。

此系統(tǒng)利用體溫傳感器釆集嬰幼兒體溫生理信息，通過橋接協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)將采集的生理數(shù)據(jù)由無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至醫(yī)療監(jiān)控中心。同時將一系列生理傳感節(jié)點(diǎn)的體溫數(shù)據(jù)在大屏顯示系統(tǒng)顯示。具體工作過程如下：采集節(jié)點(diǎn)通過啟動體溫傳感器開始采集過程，首先讀取體溫傳感器數(shù)據(jù)，所在轄區(qū)范圍內(nèi)的ZigBee節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)，通過組網(wǎng)自動將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C服務(wù)端，PC服務(wù)端對傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分解和處理，在數(shù)據(jù)處理過程中，按照系統(tǒng)預(yù)先定義的格式對數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，并分別提取電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)和體溫數(shù)據(jù)，通過電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)查找嬰幼兒詳細(xì)信息，將嬰幼兒詳細(xì)信息與其體溫信息對應(yīng)整合，添加到數(shù)據(jù)庫表中。

PC服務(wù)端軟件包含用戶管理模塊和數(shù)據(jù)查詢模塊。用戶管理模塊包括嬰幼兒個人基本信息的增、刪、改、查，以及嬰幼兒個體與溫度傳感對應(yīng)標(biāo)簽的綁定。數(shù)據(jù)查詢模塊提供嬰幼兒體溫信息時間點(diǎn)或時間段的查詢。體溫傳感器、電子標(biāo)簽和蜂鳴器通過專用腕帶固定在嬰幼兒腕部，將溫度和所在轄區(qū)位置實(shí)時地以無線的方式傳送到PC服務(wù)端，可以設(shè)置體溫采集周期，自動連續(xù)發(fā)送體溫數(shù)據(jù)，設(shè)定閾值，如果體溫超過設(shè)定閾值，腕部蜂鳴器會發(fā)出警告，從而提醒醫(yī)護(hù)人員和監(jiān)護(hù)人溫度的變化，并作出及時的診斷和處理。通過此系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，為社區(qū)醫(yī)院減少了人力成本和消耗品成本，減少了人與人之間的接觸傳染，同時也能通過系統(tǒng)自動進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總和存儲。實(shí)現(xiàn)過程及功能如圖2所示。

圖2 社區(qū)醫(yī)院嬰幼兒體溫自動監(jiān)測系統(tǒng)功能及工作過程

三、系統(tǒng)設(shè)備及實(shí)施應(yīng)用環(huán)境和條件

目前市面上有很多種溫度傳感器，根據(jù)實(shí)際需求選擇翼盟30205 MAX30205MTA 人體溫度傳感器模塊DHT11溫度傳感器，精度可以達(dá)到0.1攝氏度。

圖3 溫度傳感器電路圖

系統(tǒng)實(shí)施和應(yīng)用環(huán)境及條件如下：社區(qū)醫(yī)院整個建筑環(huán)境中要求已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了WiFi 網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，并要保證信號要好，在PC服務(wù)端工作站中要有網(wǎng)絡(luò)接入到社區(qū)醫(yī)院的局域網(wǎng)中，醫(yī)院有自己的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。目前，近距離的無線連接方式有紅外、藍(lán)牙、Wi-Fi、Zigbee等，本項(xiàng)目根據(jù)普通社區(qū)醫(yī)院的建筑結(jié)構(gòu)及規(guī)模，選擇使用ZigBee網(wǎng)絡(luò)，為了減少信號損耗和建筑物的遮擋，在社區(qū)醫(yī)院多個位置部署強(qiáng)信號的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，在本項(xiàng)目中使用具有穿墻功能和增強(qiáng)信號的榮耀分布式雙頻WiFi千兆穿墻王智能無線信號路由器。此外，體溫傳感器和蜂鳴器以及數(shù)字標(biāo)簽的綁定粘貼要合適，不會影響到溫度的精確采集。