基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)院病房智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

許建國 張佳 郭麥成

摘 要： 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展和ZigBee，RFID技術(shù)的普及，為醫(yī)院病房智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)和Android技術(shù)的解決方案。該系統(tǒng)硬件由移動智能終端SDA、ZigBee模塊、A10平臺、服務(wù)器等部分構(gòu)成。醫(yī)護(hù)人員可以通過移動智能終端SDA記錄病患的診療信息，并根據(jù)預(yù)設(shè)的診療流程進(jìn)行下一步的診療操作；同時可以通過Web端應(yīng)用程序?qū)崟r查詢病患的診療信息以及病房內(nèi)的相關(guān)環(huán)境信息。系統(tǒng)運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)病患診療信息的實時記錄和查詢，同時能夠?qū)崿F(xiàn)病房環(huán)境的實時監(jiān)測，設(shè)計方案切實有效，具有較高的實用價值。

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)； 智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)； 移動智能終端； RFID； ZigBee； A10平臺

中圖分類號： TN923?34； TP311.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）08?0083?04

Abstract： Based on the rapid development of Internet of Things （IoT） technology and the popularization of RFID and ZigBee technologies， a solution based on IoT and Android technology is proposed for the design of the hospital ward intelligent monitoring system. The system hardware is composed of the mobile smart terminal SDA， ZigBee module， A10 platform， server and other parts. The medical staff can record patients′ diagnosis and treatment information by using the mobile smart terminal SDA， and carry out the next diagnosis and treatment operation according to the preset diagnosis and treatment procedure. Meanwhile， patients′ diagnosis and treatment information and the relevant environmental information in the ward can be queried in real time by means of the application program on the Web side. The system operation results show that this system can record and query patients′ diagnosis and treatment information in real time， and realize real?time monitoring of the environment in the ward. The design scheme is indeed effective， and has a high practical value.

Keywords： IoT technology； intelligent monitoring system； mobile smart terminal； RFID； ZigBee； A10 platform

0 引 言

隨著信息化時代的飛速發(fā)展，醫(yī)院的理念和服務(wù)將相應(yīng)改變。利用計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代科技的先進(jìn)成果，改善傳統(tǒng)病房監(jiān)護(hù)系統(tǒng)勢在必行，智能化的醫(yī)院病房監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的實現(xiàn)將使住院患者，尤其是危重病人的康復(fù)更加安全有效。

醫(yī)院可通過病房監(jiān)護(hù)系統(tǒng)隨時對病人進(jìn)行會診，將進(jìn)一步改善醫(yī)院病房的服務(wù)環(huán)境，加快醫(yī)院運作的現(xiàn)代化管理進(jìn)程。

本系統(tǒng)在充分研究RFID技術(shù)、ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)院病房智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。系統(tǒng)中采用具有RFID識別功能的移動智能終端SDA，能夠識別醫(yī)護(hù)人員的身份標(biāo)牌和病患手環(huán)；系統(tǒng)預(yù)設(shè)了對病患診療操作的流程，醫(yī)護(hù)人員通過SDA能夠查詢病患的診療信息，并根據(jù)已完成的診療操作確定下一步的處置方式；同時可以通過多種傳感器對病房的環(huán)境信息進(jìn)行實時監(jiān)控，起到一定的安防作用。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，其由基于Andriod的A10平臺、移動智能終端SDA、ZigBee模塊、服務(wù)器等部分構(gòu)成。SDA負(fù)責(zé)采集醫(yī)護(hù)人員和病患的信息，經(jīng)過處理后上傳到服務(wù)器；ZigBee終端節(jié)點采集醫(yī)院內(nèi)多個病房的環(huán)境信息（包括溫濕度、煙霧報警等），ZigBee協(xié)調(diào)器將采集到的數(shù)據(jù)通過USB方式傳送給A10平臺實時處理后上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。

醫(yī)護(hù)人員成功完成身份識別后，可以通過SDA對病患的診療信息進(jìn)行查詢，同時可以根據(jù)當(dāng)前診療信息確定下一步的處置方式，也可以通過Web端應(yīng)用程序?qū)崟r查詢病患的診療信息以及對病房內(nèi)的環(huán)境實時監(jiān)控。

1.2 基于Andriod的A10平臺

系統(tǒng)硬件平臺以全志A10處理器為核心，平臺外圍擴展電路十分豐富。該平臺作為病房環(huán)境數(shù)據(jù)流通的中轉(zhuǎn)樞紐，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理和上傳。系統(tǒng)平臺采用Andriod系統(tǒng)，通過USB的方式獲取各個病房的環(huán)境監(jiān)測信息，解析后把數(shù)據(jù)拼接成JSON方式上傳到服務(wù)器端，A10硬件平臺框圖如圖2所示。

1.3 ZigBee模塊設(shè)計

ZigBee模塊包括協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點兩部分，采用基于CC2530的開發(fā)模塊，終端節(jié)點可以同時搭載溫濕度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器和繼電器模塊等。其中終端節(jié)點放置于醫(yī)院內(nèi)的不同病房內(nèi)，用于實現(xiàn)多個病房的環(huán)境監(jiān)測。

該模塊的功能包含以下兩點：ZigBee終端節(jié)點以輪詢方式實時采集病房內(nèi)環(huán)境信息；ZigBee協(xié)調(diào)器在成功組網(wǎng)的情況下將采集到的數(shù)據(jù)通過USB傳送到的A10硬件平臺。

1.4 移動智能終端SDA設(shè)計

該模塊分為移動智能終端SDA和內(nèi)含電子標(biāo)簽的身份標(biāo)牌（或者手環(huán)）兩部分，醫(yī)院為醫(yī)護(hù)人員發(fā)放RFID身份標(biāo)牌，為住院病患發(fā)放智能手環(huán)。醫(yī)護(hù)人員的身份標(biāo)牌內(nèi)存放著醫(yī)護(hù)人員的ID號、姓名、性別、年齡、科室等信息。

病患持有的手環(huán)內(nèi)存放有ID號、姓名、性別、年齡、疾病類型、當(dāng)前狀態(tài)等信息。當(dāng)醫(yī)護(hù)人員和病患需要進(jìn)入病房時，可以通過SDA首先進(jìn)行身份識別，醫(yī)護(hù)人員可以通過SDA查詢病患的診療信息；當(dāng)醫(yī)護(hù)人員根據(jù)現(xiàn)有診療信息做出下一步處置方式時，系統(tǒng)將會記錄這一操作，并將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)實時傳送到服務(wù)器端。

1.5 服務(wù)器端

服務(wù)器端主要完成以下兩個方面的工作：

1） 接收來自A10硬件平臺發(fā)來的各個病房環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、移動智能終端SDA發(fā)來的病患診療信息和醫(yī)護(hù)人員處置信息等。

2） 將病患診療信息、醫(yī)護(hù)人員處置信息和病房環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)通過Internet發(fā)送到SDA和Web端。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 服務(wù)器配置與實現(xiàn)

采用MVC架構(gòu)的方法編寫Web代碼，在VIEW層利用Web動態(tài)的顯示病患就診流程、狀態(tài)與結(jié)果；醫(yī)護(hù)人員經(jīng)過登錄后可查詢病患的診療信息與病房環(huán)境狀態(tài)（包括溫度、濕度等，其中溫度和濕度使用曲線圖顯示）；醫(yī)護(hù)人員通過查詢可以看到門診中所有病患的診療信息，并且可以對病患的診療信息進(jìn)行修改。Control層對數(shù)據(jù)庫中每個表需要的操作編寫SQL語句和接口，供Model層調(diào)用。Model層為每個Rest文件所需要的邏輯處理和數(shù)據(jù)提供方法。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計與實現(xiàn)

數(shù)據(jù)庫主要是為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)，可以使用戶清楚地知道系統(tǒng)的當(dāng)前狀況和歷史狀態(tài)。限于篇幅，下面給出本系統(tǒng)中主要的醫(yī)護(hù)人員信息表、病患信息表、操作記錄表3個數(shù)據(jù)表，如表1～表3所示。

2.3 A10平臺程序設(shè)計

A10服務(wù)端是連接底層和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的橋梁，通過USB口讀取ZigBee協(xié)調(diào)器采集的數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理，處理之后請求服務(wù)器，將數(shù)據(jù)存儲到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中。A10服務(wù)端的功能主要分為以下3部分。

2.3.1 串口操作的實現(xiàn)

在JNI中，要實現(xiàn)打開和關(guān)閉串口，打開串口以后，以FileDescriptor返回，此時就可以像文件那樣對串口進(jìn)行讀寫。

2.3.2 打開ZigBee協(xié)調(diào)器

調(diào)用.so根據(jù)設(shè)置的COM和波特率打開串口，開辟線程以文件輸入輸出流的方式等待數(shù)據(jù)，同時定義抽象方法onDataReceived為數(shù)據(jù)到達(dá)提供監(jiān)聽者。

2.3.3 數(shù)據(jù)解碼、打包、發(fā)送

接收到長度為11位的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，取出數(shù)據(jù)類型、數(shù)值等信息，然后加上當(dāng)前病房的相關(guān)信息等，封裝為JSON對象，開辟發(fā)送線程，請求服務(wù)器，將數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器。

2.4 移動智能終端應(yīng)用程序設(shè)計

移動智能終端SDA上運行的是基于Android 4.0的APP，該軟件主要負(fù)責(zé)醫(yī)護(hù)人員數(shù)據(jù)查詢、操作，病房環(huán)境信息監(jiān)測等。利用HTTP協(xié)議、JSON對象，Web Restful API等，與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，異步請求，將獲得的數(shù)據(jù)展示給用戶。

2.4.1 綁定手環(huán)界面

初始化界面，設(shè)置廣播接收。當(dāng)存在網(wǎng)絡(luò)的時候，輸入患者就診卡號，可以直接得到患者信息，當(dāng)不存在網(wǎng)絡(luò)，需要用戶手動輸入。按下側(cè)鍵，發(fā)送廣播，會讀取手環(huán)上的信息，錄入到相應(yīng)TextView。完畢后，醫(yī)護(hù)人員確認(rèn)，完成綁定。

2.4.2 病患列表

讀取網(wǎng)絡(luò)或本地的PatientJSON數(shù)據(jù)，得到綁定手環(huán)的病患信息，解析之后，每次上拉或界面切換，都會刷新一次該list；同時實現(xiàn)了側(cè)滑事件，當(dāng)監(jiān)聽到側(cè)滑事件時，會加載item_chid，點擊該布局上的控件，響應(yīng)相應(yīng)的方法。

2.4.3 醫(yī)護(hù)人員列表

設(shè)置廣播監(jiān)聽，觸發(fā)廣播，當(dāng)收到廣播后，通過廣播中的信息判斷是否是醫(yī)護(hù)人員觸發(fā)，如果是就會執(zhí)行回調(diào)函數(shù)，得到該醫(yī)護(hù)人員信息，并將該消息通過NotificationManager推送到狀態(tài)通知欄，顯示在MedicalWorkerFragment的醫(yī)護(hù)人員列表里。如果點擊該通知，可以進(jìn)入NewsFragment的醫(yī)護(hù)人員出入信息列表。

2.4.4 病房環(huán)境監(jiān)控

初始化GridView，點擊GridView的不同的Item可以進(jìn)入不同的界面，如溫度監(jiān)測、濕度監(jiān)控、紅外監(jiān)控等。

2.4.5 室內(nèi)溫度監(jiān)控

初始化控件接收到通過putExtra發(fā)送過來的url，并訪問該url。執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)請求，得到最新的溫度數(shù)據(jù)，通過Timer對象，實現(xiàn)每隔2 s刷新一次數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)綁定到HelloChart的圖表控件上。

3 移動智能終端測試

3.1 手環(huán)綁定測試

初次進(jìn)入系統(tǒng)，進(jìn)入選擇科室界面，選擇科室之后可以查看病患列表。輸入就診卡號，當(dāng)有網(wǎng)絡(luò)連接時，可以點擊確認(rèn)從數(shù)據(jù)庫獲取患者信息，然后可以通過RFID感應(yīng)，綁定手環(huán)。點擊綁定后，數(shù)據(jù)源改變，動態(tài)刷新病患列表。

3.2 醫(yī)護(hù)人員操作測試

點擊列表的病患Item，會進(jìn)入該病患的執(zhí)行操作界面，如圖5所示。執(zhí)行相關(guān)操作后點擊確定，數(shù)據(jù)源改變，自動返回病患列表，“病患的已完成操作”內(nèi)容會顯示最后一次操作；再進(jìn)入該病患的操作界面，會根據(jù)已完成操作，得到接下來需要進(jìn)行的操作，如圖6所示。

標(biāo)題

4 結(jié) 論

本系統(tǒng)在充分研究RFID、ZigBee等技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)院病房智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。實際運行結(jié)果表明，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對病患診療信息的實時記錄和查詢，同時能夠?qū)崿F(xiàn)對病房環(huán)境的實時監(jiān)測，設(shè)計方案切實有效，具有較高的實用價值。

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