隔離病房監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄔春明，劉海維

（東北電力大學(xué)信息工程學(xué)院，吉林省吉林市 132012）

隔離病房監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄔春明，劉海維

（東北電力大學(xué)信息工程學(xué)院，吉林省吉林市 132012）

為了安全、有效、便捷地采集隔離病房中的環(huán)境參數(shù)及病員體征數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了基于短距離無線技術(shù)的隔離病房監(jiān)控系統(tǒng).系統(tǒng)由病房內(nèi)采集節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)、監(jiān)護(hù)室內(nèi)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)3部分組成，采用AT89S52單片機(jī)作為微處理器，控制傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集并由LCD12864顯示數(shù)據(jù)，通過短距離無線通信模塊PTR 4000將采集到的數(shù)據(jù)傳到監(jiān)護(hù)室.系統(tǒng)具有使用方便、可靠性高等特點(diǎn)，適合隔離病房等對(duì)外封閉的場(chǎng)合使用.

隔離病房；監(jiān)控；PTR 4000

隨著社會(huì)的發(fā)展，傳染性疾病給人們的生活帶來了極大的威脅.隔離病房內(nèi)采用有線方式受到布線、供電電源、安裝場(chǎng)所、安裝成本和維修等因素的限制，而且不可能保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、可靠性、高效性、完整性傳輸，限制了醫(yī)生對(duì)病人身體狀況的實(shí)時(shí)了解和及時(shí)救治.本設(shè)計(jì)基于短距離無線通信模塊PTR 4000的隔離病房的無線監(jiān)控系統(tǒng)，利用傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)病人的體征數(shù)據(jù)和病房內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集顯示，并通過無線技術(shù)將數(shù)據(jù)傳到監(jiān)護(hù)室內(nèi).設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的數(shù)據(jù)傳輸，也可實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的數(shù)據(jù)采集傳輸，并且設(shè)計(jì)中利用壓電陶瓷片自制的脈搏傳感器進(jìn)行脈搏的測(cè)量.

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)主要考慮無線收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)和顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)3方面的問題.此外，還需考慮電源模塊的設(shè)計(jì).

系統(tǒng)整體框圖如圖1所示.系統(tǒng)涉及的場(chǎng)所有兩種，分別是隔離病房內(nèi)和監(jiān)控室內(nèi)的系統(tǒng).圖1中，右邊是位于隔離病房內(nèi)各種參數(shù)的采集節(jié)點(diǎn)；左邊是位于監(jiān)控室內(nèi)的監(jiān)控管理中心，負(fù)責(zé)對(duì)傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收處理.如果要增加監(jiān)護(hù)的距離，可在之間加中繼站，還可通過衛(wèi)星、光纖、GSM、GPRS等通信方式將數(shù)據(jù)傳送到更遠(yuǎn)端的控制室.

圖1 系統(tǒng)整體框圖Fig.1 Block diagram of the system

2 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)

2.1 供電電源設(shè)計(jì)

要保證高精度電流控制，系統(tǒng)本身首先要盡可能減小電源擾動(dòng).該設(shè)計(jì)對(duì)于電源電路的要求比較高，若無線模塊電源達(dá)不到收發(fā)電源的要求，則無法進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù).因此采用自制電源提供＋5V和＋3.3V供電.

2.2 無線通信模塊的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)通過PTR 4000芯片的DATA、CE、CS、CLK1、DR1和PWR六個(gè)引腳設(shè)置器件的工作模式，實(shí)現(xiàn)讀／寫緩存數(shù)據(jù)及讀／寫狀態(tài)寄存器等功能.通過CLK1、DR1和DATA引腳狀態(tài)選擇通道工作為方式一，通過CS引腳狀態(tài)來設(shè)置工作模式選擇，微處理器的P1.2、P2.0、P1.3、P3.7、P1.0、P1.1分別與模塊的PWR、DR1、CLK1、DATA、CS、CE相連［1］.無線模塊與微處理器的接口連接圖見圖2.

2.3 數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)

人體溫度采集采用DS18B20傳感器芯片，該器件編程容易且使用方便，而室內(nèi)的溫濕度采集則采用SHT10傳感器［2］.溫度傳感器的I／O接單片機(jī)的P 1.4引腳，溫濕度傳感器SHT 1 0的 DATA引腳接單片機(jī)的P3.2引腳，并且接一個(gè)上拉電阻與電源相連，SCK引腳接單片機(jī)的P3.2引腳.

圖2 無線模塊與微處理器的接口連接圖Fig.2 Interface connection diagram of wireless module and microprocessor

2.4 主電路模塊的實(shí)現(xiàn)

該設(shè)計(jì)采用自制的脈搏傳感器，利用壓電陶瓷片作為原始信號(hào)的采集端，以AT89S52單片機(jī)為控制器，對(duì)壓電陶瓷片感知并通過放大、濾波等處理的人體脈搏信號(hào)進(jìn)行控制，最終實(shí)現(xiàn)脈搏次數(shù)的測(cè)量，并且能繪制出人體脈搏跳動(dòng)的圖像.但考慮到傳感器采集到的原始脈搏信號(hào)非常微弱，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的量化及復(fù)雜的分析處理，必須先對(duì)其進(jìn)行放大、濾波及AD轉(zhuǎn)換［3］.脈搏傳感器設(shè)計(jì)的主要電路原理圖如圖3所示.

圖3 脈搏設(shè)計(jì)原理圖Fig.3 Design schematic of pulse sensor

2.5 報(bào)警電路設(shè)計(jì)

病人的體征參數(shù)都有一個(gè)固定的范圍，超過此范圍認(rèn)為身體狀況不佳，需要進(jìn)行檢查處理.要求系統(tǒng)必須能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測(cè)到病人身體體征參數(shù)的變化，并且通知監(jiān)護(hù)室值守人員，所以在接收節(jié)點(diǎn)必須要有報(bào)警電路.該部分電路主要是驅(qū)動(dòng)一個(gè)蜂鳴器，蜂鳴器一端接地，另一端則需要與單片機(jī)相連.考慮到AT89S52的驅(qū)動(dòng)能力，需要在單片機(jī)和蜂鳴器之間加一個(gè)功率放大電路.報(bào)警器電路圖如圖4所示.

圖4 報(bào)警器電路圖Fig.4 Circuit of alarm

3 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)

3.1 病房內(nèi)采集節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)

病房內(nèi)采集節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)中，首先通過單片機(jī)對(duì)傳感器操作，進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，之后通過單片機(jī)對(duì)LCD操作以顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)，最后通過單片機(jī)對(duì)無線通信模塊操作，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控室內(nèi)的監(jiān)護(hù)人員［4］.病房內(nèi)采集節(jié)點(diǎn)程序流程圖如圖5所示.

圖5 病房內(nèi)采集節(jié)點(diǎn)程序流程圖Fig.5 Flow chart of program of acquisition node in ward

3.2 監(jiān)控室節(jié)點(diǎn)主程序流程

監(jiān)控室節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)和通信，并且對(duì)病房內(nèi)傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、顯示.主程序流程圖如圖6所示.

圖6 監(jiān)控室節(jié)點(diǎn)主程序流程圖Fig.6 Flow chart of the main program of the node in monitor room

3.3 無線通信模塊軟件設(shè)計(jì)

無線通信模塊采用PTR 4000，編程時(shí)首先對(duì)單片機(jī)上電初始化，再通過單片機(jī)向無線模塊中寫命令控制字，PTR 4000上電進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，之后再通過單片機(jī)向無線模塊中寫命令控制字，將其配置為發(fā)送或者接受模式，最后往寄存器中裝入要發(fā)送的數(shù)據(jù)，調(diào)用發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)［5］.程序流程圖如圖7所示.

4 結(jié) 語

隔離病房監(jiān)控系統(tǒng)將現(xiàn)在發(fā)展前景比較好的無線技術(shù)與傳感器技術(shù)相結(jié)合，融合了目前流行的AT89S52系列單片機(jī)微處理器技術(shù)以及基于PTR 4000的無線模塊技術(shù)芯片.現(xiàn)已基本完成該系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)及實(shí)物硬件電路制作，克服了人工或者有線方式對(duì)隔離病房數(shù)據(jù)采集的弊端，實(shí)現(xiàn)了對(duì)病房內(nèi)的環(huán)境參數(shù)和病人的體征數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性采集和傳輸，具有良好的推廣前景.

［1］王博，李迅，馬宏緒.基于nRF2401的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)［J］.電子工程師，2004，30（8）：17-20.

［2］李志強(qiáng)，黃順，郭華新.基于SHT10的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)［J］.廣西輕工業(yè)，2007（10）：35-36.

［3］劉吉美，周寧寧.ADC0809作為計(jì)算機(jī)內(nèi)存的工作方式［J］.科技信息，2007（20）：98-99.

［4］吳國宏.新型溫濕度傳感器SHT10的原理及應(yīng)用［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2009（4）：52-54.

［5］陳麗娟，常丹華.基于nRF2401芯片的無線數(shù)據(jù)通信［J］.電子器件，2006，29（1）：248-250.

Design of Isolation Ward Monitoring System

WU Chunming，LIU Haiwei

（Electrical Engineering College，Northeast Dianli University，Jilin 132012，China）

In order to collect the environmental parameters in the isolation ward and the patient＇s signs data safely，effectively，and conveniently，an isolation ward monitoring system based on the shortrange wireless technology is designed.The system consists of three parts：the wards collecting node，relay node，and the monitoring node in care unit；as a microprocessor，AT89S52MCU controls sensors for real-time data acquisition；the data will be displayed by LCD12864，and then be spread to the intensive care unit through the short-range wireless communication module PTR 4000.The system is easy to use，and has high reliability，which is suitable for use in the occasions closed to the outside，such as isolation ward.

isolation ward；monitoring；PTR 4000

TN 98

A

1008-9225（2012）03-0056-04

2011-12-05

鄔春明（1966-），男，吉林省吉林市人，東北電力大學(xué)副教授，碩士生導(dǎo)師.

劉乃義】