基于2.4 G無(wú)線(xiàn)智能輸液監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

珠海于氏醫(yī)療科技有限公司 鄺澤文

基于2.4 G無(wú)線(xiàn)智能輸液監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

珠海于氏醫(yī)療科技有限公司 鄺澤文

嵌入式技術(shù)在我國(guó)最先應(yīng)用于電子技術(shù)、軟件開(kāi)發(fā)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)三個(gè)領(lǐng)域，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，嵌入式技術(shù)逐漸在社會(huì)中受到廣泛應(yīng)用，其中以醫(yī)療監(jiān)護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用效果最佳。嵌入式智能醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)用，改變了病人在醫(yī)院輸液或治療過(guò)程中需要醫(yī)院護(hù)士、護(hù)理人員或者家屬現(xiàn)場(chǎng)看管的模式，提高了病患治療質(zhì)量，降低醫(yī)護(hù)配備壓力。本文從輸液智能醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行分析，總結(jié)出智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的使用優(yōu)勢(shì)，以供參考。

嵌入式；智能醫(yī)療；輸液；2.4G

1 嵌入式系統(tǒng)概述

嵌入式系統(tǒng)主要包括嵌入式硬件系統(tǒng)、嵌入式軟件系統(tǒng)以及嵌入式系統(tǒng)具體應(yīng)用。

1.1 嵌入式硬件系統(tǒng)內(nèi)容

Microprocessor，是嵌入式硬件系統(tǒng)主要組成內(nèi)容和核心處理部分。概括來(lái)講，嵌入式硬件系統(tǒng)主要采用The harvard architecture的嵌入式處理系統(tǒng)和von Neumann嵌入式處理系統(tǒng)兩種硬件構(gòu)架，并在硬件系統(tǒng)中配置仔細(xì)處理過(guò)的復(fù)雜指令。Microprocessor指令體系主要內(nèi)容是精簡(jiǎn)嵌入式指令，該指令系統(tǒng)能有保障整個(gè)硬件系統(tǒng)數(shù)據(jù)的的正常運(yùn)行和傳輸，并在這一基礎(chǔ)上高效的確保硬件系統(tǒng)運(yùn)行效率。最為核心的是可以提高嵌入式硬件系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性混合相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確性。

嵌入式硬件系統(tǒng)儲(chǔ)存器的作用是將相關(guān)系統(tǒng)代碼和指令的儲(chǔ)存，是現(xiàn)階段最為科學(xué)高效的硬件系統(tǒng)。主要由緩存系統(tǒng)、memory 系統(tǒng)以及輔助系統(tǒng)三部分構(gòu)成，其中以緩存系統(tǒng)最為重要，屬于整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，具有最快運(yùn)行速度的特征。所以在嵌入式Microprocessor中，數(shù)據(jù)截取和讀取都要依靠緩存系統(tǒng)的高質(zhì)量運(yùn)行。

嵌入式主存系統(tǒng)的功能室進(jìn)行直接訪(fǎng)問(wèn)，嵌入式系統(tǒng)與用戶(hù)間數(shù)據(jù)連接、交流以及儲(chǔ)存的媒介。嵌入式系統(tǒng)儲(chǔ)存比起常規(guī)計(jì)算機(jī)硬件儲(chǔ)存保持著巨大的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在擁有極快速的數(shù)據(jù)傳輸儲(chǔ)存功能。嵌入式內(nèi)存主要類(lèi)型有靜態(tài)易失存種類(lèi)和隨即內(nèi)存種類(lèi)。

1.2 嵌入式軟件系統(tǒng)概述

嵌入式軟件系統(tǒng)由Computer hardware driven和Operating system in a computer兩部分組成。其中計(jì)算機(jī)硬件驅(qū)動(dòng)是指包括多種類(lèi)型驅(qū)動(dòng)。近年來(lái)嵌入式軟件系統(tǒng)可以高效的提高系統(tǒng)中driven development，并且強(qiáng)化嵌入式設(shè)備端口程序，簡(jiǎn)化嵌入式系統(tǒng)調(diào)試效果。

1.3 嵌入式系統(tǒng)具體應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)的研發(fā)是為了更好的服務(wù)與實(shí)際生產(chǎn)和工作中。嵌入式系統(tǒng)本質(zhì)目的是實(shí)現(xiàn)高效的生產(chǎn)應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要相關(guān)研發(fā)人員根據(jù)實(shí)際研發(fā)情況和系統(tǒng)業(yè)主的需求進(jìn)行針對(duì)性的分析與研究。使嵌入式系統(tǒng)能夠符合實(shí)際應(yīng)用情況，提高嵌入式系統(tǒng)效率。

2 嵌入式智能醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)分析

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

智能輸液監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)控裝置利用輸液警報(bào)器，以光電非接觸式探測(cè)液體輸出的動(dòng)態(tài)情況，激發(fā)電路工作。智能輸液監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)置了報(bào)警臨界液面，在輸液瓶的頸部設(shè)置光電設(shè)備，當(dāng)輸液瓶液面低于設(shè)置位置時(shí)就會(huì)就會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，觸發(fā)報(bào)警。報(bào)警信息采用2.4G無(wú)線(xiàn)模塊進(jìn)行上傳，在每一個(gè)樓層設(shè)置一個(gè)無(wú)線(xiàn)接收裝置，當(dāng)接收到報(bào)警信息后，就會(huì)向護(hù)士站LED顯示屏和監(jiān)護(hù)人員智能移動(dòng)設(shè)備終端發(fā)送輸液預(yù)警信號(hào)，在護(hù)士站LED顯示屏顯示的同時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)，護(hù)士在收到相應(yīng)的信息后可以及時(shí)知道哪個(gè)病人的輸液完畢了及時(shí)進(jìn)行處理。

2.2 系統(tǒng)實(shí)施方案

2.2.1 病人輸液檢測(cè)

輸液檢測(cè)采用液位檢測(cè)傳感器，放置在輸液瓶的下部比瓶口要高一點(diǎn)的地方，好提前報(bào)警。傳感器監(jiān)測(cè)點(diǎn)緊貼輸液瓶，當(dāng)有液體時(shí)不會(huì)報(bào)警，當(dāng)液面低于監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)將會(huì)告知MCU控制單元，MCU把報(bào)警信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送出去。液面檢測(cè)采用非接觸式液位開(kāi)關(guān)，當(dāng)有液體時(shí)輸出高電平，當(dāng)沒(méi)有液體時(shí)輸出低電平。MCU控制單元采用ST公司的STM8L15系列低功耗單片機(jī)，用來(lái)判斷液位開(kāi)關(guān)的狀態(tài)和控制無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。無(wú)線(xiàn)發(fā)送采用2.4G無(wú)線(xiàn)串口模塊，支持透明傳輸模式，模塊內(nèi)嵌RoLa無(wú)線(xiàn)傳輸協(xié)議，上電后將會(huì)自動(dòng)組網(wǎng)，單片機(jī)采用UART接口與無(wú)線(xiàn)模塊連接并發(fā)送數(shù)據(jù)，設(shè)置好模式后所有該同類(lèi)型模塊均可接收到數(shù)據(jù)。

2.2.2 數(shù)據(jù)接收處理

無(wú)線(xiàn)接收采用與輸液端同一類(lèi)型模塊，用來(lái)接收數(shù)據(jù)，在發(fā)送雙方均采用天線(xiàn)的狀態(tài)下，理論上有效覆蓋范圍大于5KM，實(shí)測(cè)整棟大樓都可通訊。MCU采用ST公司的STM32F103系列單片機(jī)，采用自定義通訊協(xié)議，每個(gè)發(fā)送端均分配不同的地址碼，接收端解釋地址碼即可知道哪個(gè)位置輸液快完畢了，并把病人位置信息輸出LED顯示并進(jìn)行提醒。聯(lián)網(wǎng)采用無(wú)線(xiàn)WIFI模塊，可通過(guò)連接到無(wú)線(xiàn)路由器并與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，實(shí)時(shí)上報(bào)到遠(yuǎn)端的上位機(jī)或者APP推送。

2.3 智能輸液監(jiān)護(hù)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

智能輸液監(jiān)護(hù)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括液面?zhèn)鞲衅?、無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)設(shè)備、LED顯示、智能移動(dòng)終端以及多單元協(xié)調(diào)模板。液位感應(yīng)器采XKC-Y26-V用了先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)及高速信號(hào)處理芯片，突破了容器壁厚的影響，實(shí)現(xiàn)了對(duì)密閉容器內(nèi)液位高度的真正非接觸檢測(cè)。無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)設(shè)備主要采用AS32-TTL-1002.4G無(wú)線(xiàn)通信模塊，是一款 100mW，高穩(wěn)定性，工業(yè)級(jí)的無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊。模塊采用SX1278 主芯片，LORA 擴(kuò)頻傳輸，TTL電平輸出，兼容 3.3V 與 5V 的 IO 口電壓。WIFI模塊采用HF-LPB100超低功耗嵌入式WIFI模塊，其提供了一種將用戶(hù)的物理設(shè)備連接到WIFI無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上，并提供UART串口等接口傳輸數(shù)據(jù)的解決方案。該模塊硬件上集成了MAC，基頻芯片，射頻收發(fā)單元，以及功率放大器；嵌入式的固件則支持WIFI協(xié)議及配置，以及組網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議棧。HF-LBP100是一款已替換的802.11 b/g/n WIFI的功耗解決方案，通過(guò)HF-LPB100模組，傳統(tǒng)的低端串口設(shè)備或MCU控制的設(shè)備均可以很方便地接入WIFI無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)控制與管理。STM8L1和STM32F1系列單片機(jī)均屬于意法半導(dǎo)體(ST)公司品，其中STM8L1是STM8內(nèi)核的超低功耗8位微控制器系列產(chǎn)品采用ST獨(dú)有的超低泄漏電流工藝和優(yōu)化架構(gòu)，STM8L系列集高性能和超低功耗于一身。STM32F1系列屬于中低端的32位ARM微控制器，其內(nèi)核是Cortex-M3,最大主頻可達(dá)72MHZ，可完全滿(mǎn)足本系統(tǒng)要求。遠(yuǎn)程APP輸液監(jiān)控中數(shù)據(jù)傳輸主要包括輸液信息、輸液狀態(tài)、輸液位置以及警報(bào)控制等內(nèi)容，具有傳輸數(shù)據(jù)量較小，警報(bào)突發(fā)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

嵌入式智能醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是現(xiàn)代醫(yī)院主要的醫(yī)療手段，結(jié)合現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能醫(yī)療監(jiān)控，一定程度上減少了醫(yī)護(hù)人員的工作壓力和病人家屬的陪護(hù)壓力，同時(shí)輸液病人也能夠在輸液過(guò)程中充分休息而無(wú)需擔(dān)心輸液完畢后無(wú)人發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)院治療設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)療系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化，全面提高醫(yī)療監(jiān)護(hù)質(zhì)量和效率，減少醫(yī)療事故造成的人身傷害與財(cái)產(chǎn)損失。

[1]張小洪,吳誤.輸液瓶的實(shí)時(shí)液位測(cè)量及輸液報(bào)警[J].中國(guó)西部科技,2010,(23):41-43.

[2]郭晨潔,張?zhí)煲?一種簡(jiǎn)易的輸液器空液報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2016,(05):99-101+112

[3]郝新軼.基于ARM的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].吉林大學(xué),2004.

[4]周婷婷,尚浩.基于2.4G的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2012,(10):67-69+78.