基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)護(hù)儀運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

李逸明，錢(qián)明理，李 龍，李 斌

1 上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)裝備處，上海市，200233

2 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院，上海市，200092

3 上海諾誠(chéng)電氣有限公司，上海市，200245

基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)護(hù)儀運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

【作 者】李逸明1,2，錢(qián)明理2，李 龍3，李 斌1

1 上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)裝備處，上海市，200233

2 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院，上海市，200092

3 上海諾誠(chéng)電氣有限公司，上海市，200245

該文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)護(hù)儀運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方面，提出ZigBee網(wǎng)絡(luò)和470 MHz網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作的解決方案；軟件設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)界面圖像化顯示與故障實(shí)時(shí)報(bào)警的解決方案。該系統(tǒng)具備對(duì)監(jiān)護(hù)儀設(shè)備故障遠(yuǎn)程探測(cè)和無(wú)線定位功能，為醫(yī)療設(shè)備安全管理提供了實(shí)用有效的方法。

物聯(lián)網(wǎng)；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)護(hù)儀；監(jiān)測(cè)；定位

0 引言

監(jiān)護(hù)儀是現(xiàn)代醫(yī)療中一種不可缺少的重要設(shè)備，監(jiān)護(hù)儀能對(duì)人體重要的生理指標(biāo)實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)，并具有儲(chǔ)存、顯示、分析和控制功能，對(duì)超出設(shè)定范圍的參數(shù)進(jìn)行提示或報(bào)警的智能醫(yī)療儀器，具有很重要的臨床使用價(jià)值[1]。

監(jiān)護(hù)儀使用范圍廣泛，一般三級(jí)醫(yī)院均有幾百臺(tái)的配置，其中每家醫(yī)院放在病房的床邊監(jiān)護(hù)儀也有上百臺(tái)，數(shù)量巨大，而且其連續(xù)24 h工作，工作時(shí)間長(zhǎng)，該類(lèi)設(shè)備發(fā)生故障的可能性相對(duì)較高，在醫(yī)院也是屬于頻繁檢修的設(shè)備，且流動(dòng)性強(qiáng)。如何在數(shù)以百計(jì)的散落在各處的臨床科室的床邊監(jiān)護(hù)設(shè)備發(fā)現(xiàn)故障報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備，改變以往需要臨床醫(yī)護(hù)人員人工發(fā)現(xiàn)問(wèn)題再電話報(bào)修的模式，并能定位設(shè)備，成為迫切需要解決的問(wèn)題。

本文的目的在于研制一套基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)護(hù)儀運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)儀與定位基站物物相連，對(duì)散落在全院各個(gè)角落的床邊監(jiān)護(hù)儀的“設(shè)備安全信息”實(shí)時(shí)監(jiān)控，設(shè)備安全信息包括設(shè)備地理位置、設(shè)備序列號(hào)、設(shè)備故障報(bào)警信息等。該系統(tǒng)能夠幫助設(shè)備管理部門(mén)準(zhǔn)確定位設(shè)備位置、動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障、掌握設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)情況、統(tǒng)計(jì)設(shè)備故障率等，最終保證監(jiān)護(hù)儀設(shè)備的安全性、有效性[2]。

1 系統(tǒng)框架

基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)護(hù)儀運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖1所示。(1) 無(wú)線定位標(biāo)簽嵌入監(jiān)護(hù)儀，標(biāo)簽通過(guò)串口與監(jiān)護(hù)儀通訊，接收監(jiān)護(hù)儀報(bào)警數(shù)據(jù)。(2) 帶有報(bào)警數(shù)據(jù)和定位信息的ZigBee標(biāo)簽，通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)以無(wú)

線傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)傳輸?shù)絑igBee基站；(3) ZigBee基站通過(guò)470 MHz網(wǎng)絡(luò)以無(wú)線傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)上傳至協(xié)調(diào)器；(4) 協(xié)調(diào)器通過(guò)串口將數(shù)據(jù)傳至服務(wù)器；(5) 服務(wù)器將數(shù)據(jù)運(yùn)算、存儲(chǔ)，向各客戶端提供定位和數(shù)據(jù)透?jìng)鞣?wù)；(6) 客戶端軟件將帶有定位信息和報(bào)警信息的數(shù)據(jù)解析，顯示到軟件界面，用戶可以實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地觀察標(biāo)簽的移動(dòng)和報(bào)警顯示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Diagram of the whole system

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件上我們需要ZigBee標(biāo)簽、路由器、協(xié)調(diào)器協(xié)同工作，完成從終端（即監(jiān)護(hù)儀）采集數(shù)據(jù)、上傳數(shù)據(jù)或接受上位機(jī)的查詢(xún)命令。

在無(wú)線領(lǐng)域，單一的網(wǎng)絡(luò)無(wú)法滿足所有的應(yīng)用的需求。盡管ZigBee具有自組網(wǎng)的功能，也已經(jīng)成功應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。尤其在物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)中表現(xiàn)的比較突出。但是ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有其局限性[3]：(1) 傳輸距離過(guò)??；(2) 不能夠滿足實(shí)時(shí)性的要求。ZigBee網(wǎng)絡(luò)是復(fù)雜的鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)，如果一條主要節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障將無(wú)法保障后面的設(shè)備的數(shù)據(jù)完整性；且網(wǎng)絡(luò)的深度決定了網(wǎng)絡(luò)的反應(yīng)時(shí)間。

針對(duì)上面的兩點(diǎn)，本文采用470 MHz和ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的方式，能夠很好彌補(bǔ)ZigBee的不足。首先470 MHz網(wǎng)絡(luò)[4]有著很好的傳輸距離保障了信號(hào)的完整、不受別的信號(hào)干擾。這樣就可以縮短網(wǎng)絡(luò)深度從而減少網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)時(shí)間。再者，ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本等優(yōu)點(diǎn)。因此本文提供一套實(shí)用、可靠的具備ZigBee通信功能的470 MHz路由器和協(xié)調(diào)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息在470 MHz網(wǎng)絡(luò)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行無(wú)縫傳輸。

2.1 標(biāo)簽?zāi)K

標(biāo)簽部分的設(shè)計(jì)方案主要由監(jiān)護(hù)儀和射頻收發(fā)模塊組成，如圖2所示。無(wú)線射頻收發(fā)模塊集成了ZigBee天線、天線與芯片收發(fā)管腳之間的匹配電路、射頻主芯片CC2530[5](采用TI公司的基于ZigBee標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議片上系統(tǒng))、外圍電路及接口電路。射頻收發(fā)模塊的功能是對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)板的數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線發(fā)送和接收，監(jiān)護(hù)儀通過(guò)串口與CC2530相連來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。

圖2 標(biāo)簽?zāi)KFig.2 Module of the tag

2.2 路由器模塊與協(xié)調(diào)器模塊

路由器模塊包含兩個(gè)部分：(1) TI的CC2530組成的ZigBee網(wǎng)絡(luò)；(2) Si4432芯片[4]組成的470 MHz網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。其中TI的CC2530還與470模塊通過(guò)SPI進(jìn)行通信。ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要功能為接受標(biāo)簽的信號(hào)包含報(bào)警定位信息等。470 MHz網(wǎng)絡(luò)主要功能實(shí)現(xiàn)為470路由信息進(jìn)行發(fā)送并接受上位機(jī)的查詢(xún)命令。

圖3 路由器模塊Fig.3 Module of the router

協(xié)調(diào)器和路由器可以由同一個(gè)原理圖構(gòu)成，多一個(gè)串口轉(zhuǎn)換器。協(xié)調(diào)器的工作主要是承擔(dān)起服務(wù)器和路由器之間的通信。協(xié)調(diào)器與服務(wù)器的通信通過(guò)串口通MAX3232芯片直接連接服務(wù)器的接口。而路由與協(xié)調(diào)器的通信通過(guò)470無(wú)線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3 定位通信流程

本系統(tǒng)是基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)定位的，其基本思想是未知節(jié)點(diǎn)（unknown node）將周?chē)械囊惶秶鷥?nèi)參考節(jié)點(diǎn)（anchor node）的接收信號(hào)強(qiáng)度值返回到協(xié)調(diào)器，由協(xié)調(diào)器將接收信號(hào)強(qiáng)度(Received Signal strength Indicator, RSSI)[6-7]傳送到上位機(jī)服務(wù)器軟件，服務(wù)器軟件調(diào)用相應(yīng)的定位算法[8]，計(jì)算出未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置?？蛻舳塑浖ㄟ^(guò)服務(wù)器提供的服

務(wù)實(shí)現(xiàn)必要的定位顯示。其中，標(biāo)簽是未知節(jié)點(diǎn)，基站是參考節(jié)點(diǎn)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位通信流程可分為如下3步進(jìn)行[9]：(1) 協(xié)調(diào)器查詢(xún)標(biāo)簽 在協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)成功建立網(wǎng)絡(luò)后，協(xié)調(diào)器與基站直接通訊，基站與標(biāo)簽直接通訊，標(biāo)簽點(diǎn)與協(xié)調(diào)器之間通訊必須經(jīng)過(guò)基站：基站將一跳范圍內(nèi)的所有標(biāo)簽的ID和RSSI值通過(guò)協(xié)議打包發(fā)送協(xié)調(diào)器，也就是說(shuō)一個(gè)標(biāo)簽與能夠探測(cè)到它的所有參考節(jié)點(diǎn)的RSSI值都被發(fā)送至協(xié)調(diào)器。(2)服務(wù)器預(yù)處理RSSI值 服務(wù)器收到協(xié)調(diào)器上傳的未知節(jié)點(diǎn)與能夠探測(cè)到它的所有參考節(jié)點(diǎn)的RSSI值存入數(shù)據(jù)庫(kù)的表，并且按照RSSI大小排序，選出其中最大RSSI值的基站號(hào)。(3) 客戶端軟件計(jì)算標(biāo)簽位置 客戶端軟件向服務(wù)器軟件查詢(xún)某標(biāo)簽位置，服務(wù)器軟件提供能夠探測(cè)到該標(biāo)簽的RSSI值最強(qiáng)的基站號(hào)?？蛻舳塑浖鶕?jù)這些數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽位置圖形化顯示。

4 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

本文選用C#語(yǔ)言在Visual Studio 2010集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下開(kāi)發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)軟件。C#功能強(qiáng)大、類(lèi)型安全，且面向?qū)ο?，是開(kāi)發(fā)交互式操作系統(tǒng)程序的首選語(yǔ)言工具[10]。

本系統(tǒng)使用環(huán)境是在醫(yī)療機(jī)構(gòu)，軟件系統(tǒng)必須建立在專(zhuān)用、小范圍的局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，所以本系統(tǒng)上位機(jī)軟件部分采用的是C/S（客戶端/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)。C/S結(jié)構(gòu)無(wú)論在網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)和網(wǎng)絡(luò)安全方面都和本系統(tǒng)的實(shí)際要求相符合。本系統(tǒng)選用MySQL為服務(wù)器后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，Microsoft Access 2007為客戶端后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。MySQL具有體積小、速度快、總體擁有成本低的特點(diǎn)，是局域網(wǎng)服務(wù)器的不二選擇。Access 2007是面向?qū)ο蟮男⌒完P(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，具有存儲(chǔ)方式簡(jiǎn)單，易于維護(hù)管理，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)，完全能滿足客戶端軟件設(shè)計(jì)需要。

4.1 服務(wù)器軟件設(shè)計(jì)

協(xié)調(diào)器接收各個(gè)基站的數(shù)據(jù)信息，利用串口傳送給PC機(jī)服務(wù)器，所以，服務(wù)器軟件的設(shè)計(jì)主要是基于C#結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)以及SOCKET網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)采用模塊化編程，程序執(zhí)行后，首先服務(wù)器啟動(dòng)串口通信程序，波特率設(shè)置9 600 bps，接收從協(xié)調(diào)器傳送的設(shè)備報(bào)警數(shù)據(jù)，用定時(shí)器定時(shí)查詢(xún)標(biāo)簽定位信息，同時(shí)啟動(dòng)SOCKET實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)客戶端連接服務(wù)請(qǐng)求，服務(wù)器端采用多線程處理多個(gè)客戶端查詢(xún)命令相應(yīng)。服務(wù)器軟件包括：TCP/IP服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)、串口服務(wù)三個(gè)模塊。通訊模塊主要執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)通訊、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)解析功能。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)模塊主要保存串口上傳數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能。串口服務(wù)模塊主要執(zhí)行串口通訊參數(shù)設(shè)置串口數(shù)據(jù)解析等功能。由于本文著重介紹客戶端軟件部分設(shè)計(jì)，這部分不展開(kāi)詳述。

4.2 客戶端軟件設(shè)計(jì)

4.2.1 客戶端主流程設(shè)計(jì)

客戶端軟件主流程框圖如圖4所示，客戶端軟件主要功能就是將服務(wù)器提供的定位數(shù)據(jù)與報(bào)警數(shù)據(jù)圖形化顯示到監(jiān)控界面，在客戶端能夠?qū)崿F(xiàn)圖形化實(shí)時(shí)顯示，并且具有地圖縮放、地圖拖曳、設(shè)備報(bào)警顯示、歷史軌跡回放等功能。

圖4 客戶端軟件主流程圖Fig.4 The main fl ow chart of client software

4.2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)的連接

客戶端軟件前臺(tái)UI的顯示離不開(kāi)對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)，由于訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)頻率很高，為了提高代碼重用性和軟件執(zhí)行效率，本文創(chuàng)建一個(gè)面向?qū)ο蟮念?lèi)DatabaseCom類(lèi)，在這個(gè)類(lèi)中，聲明和實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)的靜態(tài)方法，使得其它類(lèi)能夠方便調(diào)用[11]。例如創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)通訊連接的靜態(tài)方法：

更新數(shù)據(jù)庫(kù)的靜態(tài)方法：

public static void UpdateDatabase(string strsql)

{ OleDbConnection Ocon = CreatConn()；//數(shù)據(jù)庫(kù)連接

OleDbCommand P_OLEDBCommandInsertData = new OleDbCommand(strsql, Ocon)；//定義Command對(duì)象

Ocon.Open()；//打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)連接

P_OLEDBCommandInsertData.

ExecuteNonQuery()；//執(zhí)行命令

Ocon.Close()；//關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)連接

}

4.2.3 基礎(chǔ)配置模塊設(shè)計(jì)

本文將基礎(chǔ)配置模塊設(shè)計(jì)成一個(gè)獨(dú)立的界面，監(jiān)控地圖和基站控件被加載在該界面中。管理員可以更換監(jiān)控地圖；配置地圖上基站控件的位置，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)基站控件的添、刪、位置移動(dòng)功能。基站控件在監(jiān)控主界面中是隱藏的，只有在配置界面才可以顯示和更改它的位置；另外，基礎(chǔ)配置模塊中還設(shè)計(jì)了標(biāo)簽錄入功能：鼠標(biāo)點(diǎn)擊標(biāo)簽錄入鍵，彈出標(biāo)簽錄入對(duì)話框，用戶可以將新設(shè)備的基本信息添加綁定到一個(gè)標(biāo)簽號(hào)。

4.2.4 實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)

(1) 與服務(wù)器建立連接

要獲取監(jiān)護(hù)儀的位置信息，客戶端必須與服務(wù)器建立連接。本文將與服務(wù)器建立連接的操作封裝成一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，其中功能包括：用指定IP地址和端口號(hào)連接服務(wù)器、監(jiān)聽(tīng)服務(wù)器連接、接收服務(wù)器數(shù)據(jù)等。服務(wù)器提供的服務(wù)包括標(biāo)簽位置查詢(xún)（標(biāo)簽歸屬于RSSI值最強(qiáng)的基站）、基站查詢(xún)（所有基站列表）、超限報(bào)警（標(biāo)簽超出基站監(jiān)測(cè)范圍報(bào)警）、數(shù)據(jù)透?jìng)鳎ūO(jiān)護(hù)儀設(shè)備故障報(bào)警數(shù)據(jù)透?jìng)髦量蛻舳塑浖煽蛻舳塑浖幚碓O(shè)備故障報(bào)警協(xié)議）。

(2) 監(jiān)控界面圖形化顯示

當(dāng)成功連接服務(wù)器后，客戶端啟動(dòng)偵聽(tīng)，接收服務(wù)器下發(fā)數(shù)據(jù)，其中包括標(biāo)簽位置信息，具體格式為〈標(biāo)簽ID〉|〈基站ID〉，該基站為所有能探測(cè)到該標(biāo)簽基站中RSSI值最強(qiáng)基站，由于在實(shí)際應(yīng)用中我們?cè)O(shè)定基站覆蓋范圍為半徑7 m的圓，我們只要求區(qū)域定位，即定位到一個(gè)25 m2左右的房間范圍。這里我們認(rèn)為標(biāo)簽位置即為該基站位置。當(dāng)標(biāo)簽位置改變，客戶端重新下發(fā)標(biāo)簽位置。

監(jiān)控主界面由Panel控件、PixtureBox控件組成，PictureBox控件停靠在容器控件Panel中?；究丶患虞d在Panel控件中，但是被PictrueBox控件覆蓋，故意使用戶看不到基站，標(biāo)簽控件顯示在PictureBox前端。關(guān)鍵代碼如下：

if (!panelMap. Contains(cardIndexer[cardNum]))

{ cardIndexer[cardNum].Location = new Point(ub. Location. X, ub. Location.Y)； //卡的位置計(jì)算

panelMap. Controls. Add(cardIndexer[cardNum])；//加載卡片

}

cardIndexer[cardNum].CardName = g_ szEndCarName；//卡片名稱(chēng)賦值

cardIndexer[cardNum].BringToFront()；//將控件置Z軸前端

卡片的移動(dòng)由定時(shí)器控件與用戶自定義標(biāo)簽控件實(shí)現(xiàn)：在主界面添加定時(shí)器，設(shè)定時(shí)間間隔為20 ms，即每20 ms觸發(fā)一次timer.Tick事件，在該事件響應(yīng)函數(shù)中，根據(jù)比較標(biāo)簽現(xiàn)有坐標(biāo)與目的坐標(biāo)的大小判斷移動(dòng)偏移量為+10(像素)或者-10(像素)，以此控制標(biāo)簽控件移動(dòng)路線，直到現(xiàn)有坐標(biāo)與目的坐標(biāo)重合，定時(shí)器停止。

(3) 地圖縮放

監(jiān)控地圖縮放功能由Panel控件、PixtureBox控件共同實(shí)現(xiàn)。將PictureBox控件停靠在容器控件Panel中，控件Dock屬性設(shè)置為Fill。為PixtureBox控件的將MouseWheel事件和MouseMove事件添加響應(yīng)函數(shù)，在響應(yīng)函數(shù)中分別計(jì)算縮放偏移量重新賦值給基站和標(biāo)簽控件，實(shí)現(xiàn)圖片與圖片上控件的同步縮放和拖曳。

(4) 軌跡回放

將標(biāo)簽移動(dòng)的歷史軌跡點(diǎn)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，讀取這些歷史軌跡點(diǎn)，并將其顯示即完成軌跡回放功能。另外，該界面中還增加NumericUpDown控件，將它的數(shù)值賦給Timer控件的Interval屬性，使用戶能夠調(diào)節(jié)軌跡回放速度。

(5) 報(bào)警協(xié)議解析

監(jiān)護(hù)儀報(bào)警數(shù)據(jù)直接通過(guò)標(biāo)簽透?jìng)髦辽衔粰C(jī)客戶端軟件，協(xié)議的解析在上位機(jī)客戶端軟件執(zhí)行。從串口得到的監(jiān)護(hù)儀報(bào)警原始數(shù)據(jù)通過(guò)以下步驟進(jìn)行協(xié)議解析：

① 緩存收到的所有數(shù)據(jù) 使用集合List〈byte〉，內(nèi)部是數(shù)組方式實(shí)現(xiàn)，每次數(shù)據(jù)不足夠時(shí)候會(huì)擴(kuò)容1

倍，數(shù)據(jù)的增刪改比使用數(shù)組方便。

② 找到一條完整數(shù)據(jù) 首先在緩存的數(shù)據(jù)中找數(shù)據(jù)包頭，然后探測(cè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，最后計(jì)算校驗(yàn)和，以上幾步全都正確就復(fù)制一條完整的數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)緩存。

③ 分析數(shù)據(jù) 分別使用不同的函數(shù)處理不同報(bào)警類(lèi)型的數(shù)據(jù)，傳入數(shù)據(jù)正文字符串，例如：傳入“03020202”，返回對(duì)應(yīng)的報(bào)警文本“LA導(dǎo)聯(lián)脫落ECG通道1過(guò)載報(bào)警”。

④ 界面通知 得到報(bào)警文本后，首先，標(biāo)簽顏色變?yōu)榧t色顯示在地圖上，其次，報(bào)警慨況顯示在底端ListBox控件中。詳細(xì)的報(bào)警情況：如標(biāo)簽號(hào)、設(shè)備名稱(chēng)、報(bào)警類(lèi)型、報(bào)警細(xì)節(jié)、報(bào)警時(shí)間，寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)AlarmList表中，以便用戶查閱報(bào)警詳情。在報(bào)警列表對(duì)話框中，用戶可以按照標(biāo)簽號(hào)以及時(shí)間進(jìn)行報(bào)警列表查詢(xún)，本文還增加了報(bào)警列表導(dǎo)出功能，可以按照指定路徑導(dǎo)出為Excel文件，方便做數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

4 系統(tǒng)測(cè)試

4.1 定位測(cè)試

在(15×25) m2的樓層平面，房間10個(gè)，每個(gè)房間尺寸約(4×6) m2。每個(gè)房間布置1個(gè)基站，分別布置在頂部中央，走廊中均勻布置基站。在上位機(jī)服務(wù)器軟件設(shè)置基站定位距離為7 m。測(cè)試人員攜帶監(jiān)護(hù)儀從一個(gè)房間走到另一個(gè)房間，測(cè)量50次，標(biāo)簽控件能夠在地圖上迅速移動(dòng)，平均響應(yīng)時(shí)間〈2 s（響應(yīng)時(shí)間等于客戶端數(shù)據(jù)顯示時(shí)刻減去底層數(shù)據(jù)上傳時(shí)刻），定位精度為房間級(jí)別的區(qū)域定位，達(dá)到監(jiān)護(hù)儀設(shè)備定位精度要求。

4.2 報(bào)警測(cè)試

使用串口調(diào)試助手[11]模擬監(jiān)護(hù)儀設(shè)備各類(lèi)故障。將定位標(biāo)簽連接串口調(diào)試助手硬件，根據(jù)監(jiān)護(hù)儀設(shè)備報(bào)警協(xié)議向串口發(fā)送報(bào)警數(shù)據(jù)，每一種報(bào)警數(shù)據(jù)模擬10次，共21種故障類(lèi)型，共計(jì)210次，平均報(bào)警響應(yīng)時(shí)間〈1 s。

5 結(jié)論與討論

本文從醫(yī)院設(shè)備管理者的角度提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)護(hù)儀運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在硬件方面提出ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)合470 MHz網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸解決方案，軟件設(shè)計(jì)方面實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)界面圖像化顯示與故障實(shí)時(shí)報(bào)警的解決方案。對(duì)連入無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)護(hù)儀設(shè)備實(shí)現(xiàn)了無(wú)線遠(yuǎn)程定位和故障實(shí)時(shí)報(bào)警，確保急救設(shè)備安全有效地運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)床邊監(jiān)護(hù)儀設(shè)備的空間定位和使用情況等多種跟蹤分析等功能，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

現(xiàn)今，大多數(shù)醫(yī)療設(shè)備具有故障自檢和串口通訊功能，只要各醫(yī)療設(shè)備廠商開(kāi)放醫(yī)療設(shè)備的串口通訊協(xié)議，該系統(tǒng)同樣適用于其他品牌的監(jiān)護(hù)儀設(shè)備或者其他種類(lèi)的急救設(shè)備。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入到醫(yī)療設(shè)備管理應(yīng)用中去，確保醫(yī)療設(shè)備使用的安全性和有效性，提高醫(yī)療水平將是一個(gè)值得深入研究的方向。

[1] 楊謙, 何明霞. 我國(guó)醫(yī)療監(jiān)護(hù)儀技術(shù)的最新進(jìn)展[J]. 醫(yī)療衛(wèi)生裝備, 2006, 27(8): 38-39.

[2] 李逸明, 李斌, 錢(qián)明理, 等. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 中國(guó)醫(yī)療器械雜志, 2013, 37(5): 351-354.

[3] Baronti P, Pillai P, Chook VWC, et al. Wireless sensor networks: A survey on the state of the art and the 802.15. 4 and ZigBee standards[J]. Comput Commun, 2007, 30(7): 1655-1695.

[4] Silicon Laboratories. Si4430/31/32 ISM TRANSCEIVER[R]. 2009.

[5] Texus Instrument. A true system-on-chip solution for 2.4-GHz IEEE 802.15.4 and ZigBee applications[EB/OL]. [2009-04]. http:// www-s.ti.com/sc/techlit/swrs081.

[6] Bahl P, Padmanabhan VN. RADAR: an in-building RF-based user location and tracking system[C].IEEE INFOCOM, 2000: 775-784.

[7] 方震, 趙湛, 郭鵬, 等. 基于RSSI測(cè)距分析[J]. 傳感技術(shù)學(xué)報(bào), 2007, 20(11): 2526-2530.

[8] Ssu KF, Ou CH, Jiau HC. Localization with mobile anchor points in wireless sensor networks[J]. IEEE Tran Vehicul Tech, 2005, 54(3): 1187-1197.

[9] 高守瑋, 吳燦陽(yáng). ZigBee技術(shù)實(shí)踐教程:基于CC2430/31的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)解決方案[M]. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 2009.

[10] Watson K. C# 入門(mén)經(jīng)典[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2002.

[11] Mark Michaelis. C#本質(zhì)論[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2010.

[12] 邢矯健. 串口調(diào)試助手軟件介紹[J]. 無(wú)線電, 2006 (7): 35-35.

Research and lmplementation of a Real-Time Monitoring System for Running Status of Medical Monitors Based on the lnternet of Things

【 Writers 】Li Yiming1,2, Qian Mingli2, Li Long3, Li Bin1
1 Dept. of Medical Equipment, the 6th People's Hospital Af fi liated to Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, 200233
2 Xinhua Hospital Af fi liated to Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai, 200092
3 NCC Medical Co. Ltd., Shanghai, 200245

【 Abstract 】This paper proposed a real-time monitoring system for running status of medical monitors based on the internet of things. In the aspect of hardware, a solution of ZigBee networks plus 470 MHz networks is proposed. In the aspect of software, graphical display of monitoring interface and real-time equipment failure alarm is implemented. The system has the function of remote equipment failure detection and wireless localization, which provides a practical and effective method for medical equipment management.

internet of things, wireless sensor networks, monitor, monitoring, localization

R318.6

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2014.04.003

2014-01-24

上海市科委研究基金項(xiàng)目（12441903101）

李逸明，在讀碩士研究生，E-mail: lyming1987@126.com

李斌，教授級(jí)高級(jí)工程師，E-mail: libin2001@hotmail.com

1671-7104(2014)04-0242-05