基于物聯(lián)網(wǎng)的嬰兒健康保障系統(tǒng)的研究

濟寧市育才中學 蔣凌飛

1 引言

1.1 嬰兒健康保障系統(tǒng)的重要性

嬰兒，生命的延續(xù)，家庭民族的希望。但是，嬰兒被盜的現(xiàn)象頻頻發(fā)生。例如：2013年11月3日下午，湖北省通城縣人民醫(yī)院婦產(chǎn)科待產(chǎn)室內(nèi)，一名出生不到兩天的男嬰，在母親和陪護親屬去洗手間時，被一名女子抱走。醫(yī)院副院長承認安全管理存在不足。家屬曾愿懸賞5萬元征集線索尋找孩子。盜竊嬰兒是一種極其惡劣的行為，某些人或組織利欲熏心，盜竊嬰兒進而販賣嬰兒，通過做這種道德泯滅的事來賺取不義之財，不僅給一個家庭帶來嚴重的損失，還會擾亂社會秩序，引發(fā)醫(yī)患矛盾，同時也給醫(yī)院帶來不好的名聲。而有時，由于剛出生的嬰兒難以辨認，如果不加以標記，很可能導致新生嬰兒的錯抱現(xiàn)象，這同樣也受到社會的關注。所以，嬰兒的防盜工作就尤為重要，該系統(tǒng)可以有效地處理此問題。其次，嬰兒的護理工作也極其重要。新生兒由于表達能力欠缺，他們往往會以哭泣的方式表達感情，而親屬卻很難理解嬰兒心之所想，不能及時了解嬰兒的身體狀況，甚至有時不能及時發(fā)現(xiàn)嬰兒是否生病。

綜上所述，設計一套完善的嬰兒健康保障系統(tǒng)是社會的需要。顧名思義，所謂嬰兒健康保障系統(tǒng)就是以現(xiàn)有的技術和手段，通過制造一個相對完善的系統(tǒng)來預防嬰兒被盜或錯抱問題，同時也具有對嬰兒健康監(jiān)測的功能。設計這樣一套系統(tǒng)可以對嬰兒實行有效的監(jiān)護，并在防盜的基礎上保障嬰兒的健康，減少家長的負擔，同時也保障了嬰兒的健康成長。

1.2 嬰兒健康保障系統(tǒng)的現(xiàn)狀

目前，市面上僅有嬰兒防盜系統(tǒng)，較完善的嬰兒健康保障系統(tǒng)在市面上比較缺乏，雖然有很多相關設計，但目前并沒有一個將嬰兒防盜和嬰兒健康監(jiān)測結合于一體的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的嬰兒監(jiān)護方案是家長對嬰兒實行看護和照顧，近幾年陸續(xù)出現(xiàn)了許多嬰兒防盜系統(tǒng)的產(chǎn)品。比如，在江蘇省蘇州第三人民醫(yī)院、安徽省第二人民醫(yī)院、云南省曲靖市人民醫(yī)院、新疆克州人民醫(yī)院、中國醫(yī)科大學附屬第四醫(yī)院等各大醫(yī)院都已使用南京歐鵬公司研發(fā)的嬰兒防盜產(chǎn)品，并且在醫(yī)院中安裝了一套完善的輔助系統(tǒng)，而云南晨華科技有限公司也投入研發(fā)了名為“紅點嬰兒防盜”的系統(tǒng)，并研發(fā)了相應的手機APP與該系統(tǒng)結合使用。在加拿大，?，斕毓就瑯友兄屏嗣麨椤癏ugs”的嬰兒防盜系統(tǒng)。盡管嬰兒防盜系統(tǒng)取得了顯著成效，降低了嬰兒的被盜率，但因其租金昂貴，適用范圍較窄，系統(tǒng)自身缺陷以及使用者心理因素等問題而沒有得到很好的普及。另外，目前現(xiàn)有的嬰兒防盜系統(tǒng)使用地僅限于醫(yī)院，而缺少家中對嬰兒的監(jiān)護，嬰兒離開醫(yī)院，仍然缺少保障。

1.3 本系統(tǒng)的創(chuàng)新點

本系統(tǒng)是在嬰兒防盜系統(tǒng)的基礎上，增加了對嬰兒健康保障的系統(tǒng)。它不僅具有對嬰兒的防盜作用，保護嬰兒的人身安全，同樣也具有對嬰兒身體狀況以及對嬰兒所處環(huán)境的檢測功能，如：對有害氣體的檢測報警、對溫濕度的檢測、對嬰兒生理指標的檢測以及對嬰兒生活用品的消毒等輔助功能。它能夠及時的發(fā)現(xiàn)嬰兒身邊存在的隱患，并將隱患及時通過手機APP或以報警的形式匯報給嬰兒監(jiān)護人，保障了嬰兒的健康成長，另外，該系統(tǒng)除了可以應用于醫(yī)院月子中心之外，還可以運用于家中，實現(xiàn)對嬰兒的全方位保護。

2 方案設計

圖1 嬰兒健康保障系統(tǒng)整體框圖

嬰兒健康保障系統(tǒng)整體框圖如圖1所示：

該系統(tǒng)主要分為嬰兒防盜系統(tǒng)和嬰兒健康檢測系統(tǒng)兩部分，其中嬰兒防盜系統(tǒng)主要用于解決嬰兒被盜或抱錯等安全問題，而嬰兒健康檢測系統(tǒng)主要包括四個部分，分別是：空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)、消毒系統(tǒng)、溫濕度檢測系統(tǒng)、嬰兒生理指標檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)在醫(yī)院和家中等眾多場所都適用。

嬰兒防盜系統(tǒng)：該系統(tǒng)借助RFID技術，通過在嬰兒身上佩戴對人體無害的，能發(fā)射RF射頻信號的智能電子手環(huán)來實現(xiàn)，嬰兒電子手環(huán)定時發(fā)射具有惟一ID信息給嬰兒防盜系統(tǒng)，系統(tǒng)據(jù)此對嬰兒所在位置進行實時監(jiān)控和追蹤，同時對企圖盜竊嬰兒的行為及時報警提示。

空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)：嬰兒對空氣質(zhì)量的要求很高，二氧化硫超標會使嬰兒呼吸困難，甚至引發(fā)哮喘。PM 2.5可以對呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)造成傷害。而如果氮氧化物超標則會引發(fā)肺水腫。鉛如果超標則會影響生長發(fā)育和智力。所以該系統(tǒng)通過利用氣體傳感器對超標指標進行報警，同時打開空氣凈化器使空氣質(zhì)量達到標準。

消毒系統(tǒng):嬰兒的免疫能力較差，而嬰兒經(jīng)常會把身邊的物品放在嘴里，因此嬰兒的生活物品需要進行消毒，如嬰兒的衣物、玩具、奶瓶等生活用品可以用紫外線燈進行消毒。

溫濕度檢測系統(tǒng)：對于嬰兒，溫度一般保持在20-26攝氏度左右，而濕度應達到45%～70%，所以該系統(tǒng)可通過溫濕度傳感器對嬰兒生活的環(huán)境進行檢查和報警，使監(jiān)護人可以及時打開空調(diào)或開窗通風。

嬰兒生理指標檢測系統(tǒng)：在嬰兒防盜手環(huán)中嵌入對嬰兒生理指標，如心率、血壓等的檢測裝置，如果嬰兒某項生理指標超標，則可以報警。

3 嬰兒防盜系統(tǒng)實現(xiàn)方式

嬰兒防盜系統(tǒng)結構如圖2所示：

圖2 嬰兒防盜系統(tǒng)示意圖

該系統(tǒng)的所有部分都受計算機控制中心控制，計算機控制系統(tǒng)包括通信網(wǎng)關和防盜系統(tǒng)中的各種服務器以及終端計算機。系統(tǒng)的核心是基于物聯(lián)網(wǎng)的RFID嬰兒防盜標簽設計，在嬰兒身上佩戴能發(fā)射RF射頻信號的智能電子標簽，標簽主要由電源，微控制器和RF發(fā)射組成，電子標簽能不斷地自動發(fā)射出信號以便系統(tǒng)和手機APP隨時進行監(jiān)控。當每一位帶有防盜標簽的嬰兒進出時都會發(fā)射出惟一的ID編號，監(jiān)控中心的終端計算機能隨時顯示進出嬰兒的信息。系統(tǒng)的讀寫器部分可以向防盜標簽提供射頻能量，從防盜標簽中讀出數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)信息處理，并實現(xiàn)應用操作以及高層交互應用。門禁系統(tǒng)則可以在嬰兒被抱走后及時作出響應，當嬰兒從嬰兒房中被抱走，防盜標簽就會接收到出口監(jiān)視器的信號并通過接收器向監(jiān)控中心以及與該系統(tǒng)綁定的手機APP發(fā)出報警信號，系統(tǒng)不斷監(jiān)控出口監(jiān)視器的工作狀態(tài)并對嬰兒進行跟蹤并及時在手機APP上進行反映。門禁控制系統(tǒng)的讀寫器會通過編碼和解碼使防盜標簽與計算機保持通信，并啟動語音報警系統(tǒng)。顯示屏會及時反映嬰兒所在位置。

4 嬰兒健康保障系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵技術

4.1 RFID技術

RFID即射頻識別技術，俗稱電子標簽，通過射頻信號自動識別目標對象，并對其信息進行標志、登記、儲存和管理。RFID系統(tǒng)是利用RFID技術并集識別、傳輸、共享信息等功能于一體的智能系統(tǒng)。一個簡單的RFID系統(tǒng)有四部分組成:電子標簽、閱讀設備、天線、應用系統(tǒng)。該系統(tǒng)的嬰兒防盜系統(tǒng)部分就是利用此技術，在嬰兒佩戴的腕帶中嵌入能發(fā)射RF信號的電子標簽來實現(xiàn)防盜作用的。

（1）電子標簽由芯片、天線及載體組成，芯片其內(nèi)存用來保存ID等特定信息。天線是用來接受和發(fā)送信息和指令。載體是用來安裝和保護芯片和天線。每個RFID標簽具有唯一的電子編碼，附在物體上標識目標對象。

（2）讀寫器也稱閱讀器、詢問器，是對RFID標簽進行讀/寫操作的設備，讀寫器是RFID系統(tǒng)中最重要的基礎設施，可設計為手持式或固定式。

（3）天線是RFID標簽和讀寫器之間實現(xiàn)射頻信號空間傳播和建立無線通訊連接的設備。RFID系統(tǒng)中包括兩類天線，一類是RFID標簽上的天線，另一類是讀寫器天線，既可以內(nèi)置于讀寫器中，也可以通過同軸電纜與讀寫器的射頻輸出端口相連。目前的天線產(chǎn)品多采用收發(fā)分離技術來實現(xiàn)發(fā)射和接收功能的集成。

（4）應用系統(tǒng)可運行應用軟件，是對閱讀器傳輸來的數(shù)據(jù)進行處理的裝置。在射頻識別系統(tǒng)中，閱讀器和電子標簽的所有動作都由應用軟件來控制。

讀寫器通過天線把電磁波發(fā)射到空中，鄰近的標簽被電磁波激活；電磁波在標簽上的天線中激勵起高頻電流，轉(zhuǎn)換后推動標簽的集成電路工作；被激活的標簽會隨即發(fā)射出載有標簽資料的無線電波，這些微弱的無線電波最后再由讀寫器接收。讀寫器與電腦連接，對標簽傳回的資料進行處理或啟動回應該資料的相關電腦程序。嬰兒防盜系統(tǒng)則是按照此流程實現(xiàn)自身的功能的。

4.2 傳感器技術

國家標準《傳感器通用術語》定義傳感器為：“能感受（或響應）規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的輸出器件或裝置”。傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路組成。

（1）敏感元件：直接感受被測量對象（一般為非電量），并輸出與被測量對象成確定關系的其他量（一般為電量）的元件。

（2）轉(zhuǎn)換元件：又稱傳感元件，一般情況下，它不直接感受被測量，而是將敏感元件的輸出量轉(zhuǎn)換為電量輸出。

（3）信號調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路：把傳感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理和控制的有用電信號的電路。

作為一種檢測裝置，傳感器能夠感受到各種物理量、化學量、生物量或狀態(tài)量等被測量的信息，并能將檢測到的信息按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。具體來說，傳感器是一種能夠?qū)Ξ斍盃顟B(tài)進行識別的元器件，當特定的狀態(tài)發(fā)生變化時，傳感器能夠立即察覺出來，并且能夠向其他的元器件發(fā)出相應的信號，用來告知狀態(tài)的變化。常見的傳感器包括溫度、壓力、濕度、光電、霍爾磁性傳感器、等等，該系統(tǒng)中的嬰兒健康檢測系統(tǒng)就是利用傳感器方面的知識，在原有系統(tǒng)中加入溫濕度傳感器、氣體傳感器等傳感器裝置來實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。

5 結論

本項目運用了基于物聯(lián)網(wǎng)的嬰兒防盜系統(tǒng)和嬰兒健康檢測系統(tǒng)相結合，設計出一套完善的嬰兒健康保障系統(tǒng)。在嬰兒被盜案件頻發(fā)，嬰兒護理面臨問題的當今社會，該系統(tǒng)也就顯得尤為重要。該系統(tǒng)可以運用到醫(yī)院、月子中心及家庭中，不僅可以有效解決嬰兒的被盜事件，還可以檢測和及時消除嬰兒身邊的隱患，對于社會發(fā)展有很大益處。

[1]田鵬輝,隋立春.RFID醫(yī)院嬰兒智能防盜系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代電子技術,2011,34(12):93-95.

[2]林金忠.基于手機APP和藍牙技術的嬰幼兒防盜腕帶系統(tǒng)研究[J].貴州大學學報(自然版),2017,34(1):35-40.

[3]張振雷.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的嬰兒防盜系統(tǒng)[J].計算機時代,2011(9):45-47.

[4]張超,計虹.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的嬰兒防盜定位系統(tǒng)的研究與實踐[J].中國衛(wèi)生信息管理雜志,2016,13(2):197-201.

[5]常正平,王忠,陳和恒,等.基于RFID技術的嬰幼兒防盜管理系統(tǒng)設計[J].測控技術,2015,34(4):32-35.

[6]王肖霞.基于RFID的嬰兒識別防盜系統(tǒng)設計和部署[D].蘇州大學,2016.

[7]王紅梅.基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)院母嬰識別防盜管理系統(tǒng)設計[J].科技創(chuàng)新導報,2015,12(30):152-153.