基于物联网技术的远程医疗系统设计

2013-05-10周正贵

重庆科技学院学报（自然科学版） 2013年3期

周正贵

(安徽商贸职业技术学院，安徽芜湖 241002)

随着物联网技术的不断深入应用，为设计新的医疗服务系统提供了理论及实践支持。目前国内外都在积极研发远程医疗系统，以便更好的服务于人类，转变为以人为中心的远程医疗体系［1-3］。人们不用去医院就可进行体检。

远程医疗系统可以应用在家庭、学校、社区等场所。系统终端安装有检测各种健康仪器的设备，如血压计、心电监护仪、脉搏检测仪等，人们通过终端设备可自行检测，检测的数据通过网络发送给医院医生进行诊断，医生再把诊断的结果反馈到相应人的手机等接收装置，随时对个人健康进行监控。系统的应用，改善了居民的就医途径，提高了居民的健康状况，降低了看病成本等优点，具有较强的推广应用价值。系统的开发需利用物联网技术的支持。

物联网技术是通过各种类型传感器或其他感知器件采集低层数据，然后通过无线或有线通信方式把数据送给处理器处理并在PC平台上实现可视化的智能控制目的。感知层主要是负责采集数据，如RFID射频识别技术、一维码或二维码形式的电子标签、传感器等;数据传输层即网络层主要负责数据的流通，如ZigBee网络、蓝牙等;应用层的作用是根据底层采集的数据做出智能判断或结论分析，实现智能感知、智能控制、智能决策的目的［4-5］。

1 远程医疗系统

1.1 系统平台组成

物联网技术是继互联网、移动网络、传感网后的又一个里程碑，集电子技术、网络技术及软件技术于一体的综合应用技术。远程医疗系统由感知层、网络层和应用层3层架构组成。系统的总体设计框图如图1所示。

图1 远程医疗系统的总体设计框图

感知层主要是用来采集终端信息的底层。如血压计、心电监护仪、脉搏检测仪等，通常这些设备都是在医院医生去操作完成的，系统中这些设备安装在公共场所供人们使用，人们可以方便的通过这些设备去检测。为了方便设备的安装和数据发送，每种检测设备安装一个ZigBee节点，最终感知层数据通过ZigBee网络发送给Android智能平台。

网络层是数据传输的路径，设计有效的网络通道可以提高网络的速度、数据传输的正确性、稳定性等特征。数据传输路径的流程是:(1)感知层数据的集采采用ZigBee通信技术，在Android智能平台上含有一个ZigBee节点，平台上的节点设置为协调器，其他终端节点与之相通信，最终把检测的数据送到平台显示器上显示，同时用户在平台上输入本人的手机号码后，可启动平台上手机模块，该模块通过移动网络把数据信息发送到用户手机上。(2)用户手机接收到检测信息后，通过移动网络把信息发送到服务器，服务器上安装有GPRS手机短息接收模块，GPRS手机短息接收模块通过串口把数据传送至服务器内数据库中。

应用层是人机交互界面的接口。应用层软件部署在服务器上，采用Oracle数据库或其他大型数据库、远程医疗系统网站等，数据库中使用手机号去区分待检测者信息。医生登陆远程医疗系统网站，输入个人信息后，可以去查看待检测者的数据，根据感知层发送来的数据，医生在相应文本框中写下诊断结果。用户可以登陆该网站查看医生的诊断结论或结果发送至用户手机，进而确认自身的健康情况。

1.2 系统的硬件设计

远程医疗系统中，硬件部分主要包含:感知层数据采集模块、Android智能平台模块和服务器模块。

感知层数据采集模块。采用TI公司CC2530芯片作处理器，CC2530内部集成了8位单片机控制器、射频收发模块等，其结合开源的ZigBee协议栈，建立点对点通信系统或MESH通信系统等，实现数据的无线采集功能。ZigBee网络具有节点足够多、网络稳定性好、节点耗电量低、成本低等特点，被广泛应用在短距离无线智能控制系统中。感知层硬件电路节点图如图2所示，CC2530应用最小系统包含有:电源电路、复位电路、晶震电路、射频收发电路等。心电监护仪、血压计、脉搏检测仪等设备配备相同的ZigBee节点电路，心电监护仪把检测结果送CC2530的P0端口，单片机处理后经无线收发模块发送给协调器，同样血压计、脉搏检测仪等设备把检测结果送CC2530的P0端口，然后发送给协调器，最终协调器把接收的所有数据送上位机平台显示并通过手机模块发送给用户手机，用户再根据接收的数据判断是否要发送给医院服务器进行远程医疗诊断，最终实现远程健康诊断的目的。

Android智能平台模块的硬件结构框图见图3。作为网络协调器的ZigBee节点在接收到底层设备采集的数据后，需要在Android智能平台上显示采集的数据，这样方便人们直接观看，达到可视化的效果。处理器选择Cortex-A9处理器，其内部串口资源用于和网络协调器之间串口通信，接收检测的数据，并且驱动显示屏显示;同时通过USB数据线把检测的数据送GPRS手机模块，该手机模块内嵌一张移动手机卡，用户可以输入个人手机号接收检测的数据。用户手机接收到的数据可以发送至远程医疗中心服务器，等待医院医生的诊断。

图2 感知层硬件电路节点电路图

图3 Android智能平台的硬件结构框图

服务器模块。服务器模块硬件结构图如图4所示。服务器通过COM1串口转USB口与手机模块通信，即该手机与服务器进行数据的通信，能够自动读取手机接收到的信息。用户手机接收的数据来至于Android智能平台，用户如需要把数据传送至服务器，可把数据发送到固定的服务器手机模块。然后服务器手机模块在把接收到的信息含用户手机号一起发送给服务器内部的数据库单元，用户手机号标识用户身份。

图4 服务器模块硬件结构图

2 系统的工作原理

远程医疗系统的软件设计主要有底层ZigBee组网设计、手机收发数据设计、数据库构建的设计等。感知层信息的采集是利用无线组网方式完成的，在ZigBee协议栈的基础上去设计网络的组建，实现数据的无线采集。ZigBee协议栈规定了MAC和PHY层、RF射频通信规则、网络层、应用层等。根据硬件设计，底层网络中存在一协调器和Android智能平台通信，其他节点与之通信即可完成网络的组建。在程序设计中协调负责发起网络组建请求，并规定物理通道、频道号、相关地址等，其程序设计流程图如图5所示。协调器发起网络申请后，其他节点上电后加入该网络，等所有节点加入成功后，网络组建完成。协调器节点接收终端节点发送的数据后，根据节点地址判断是哪种设备发送的数据，然后发送给Android智能平台显示数据。

Android智能平台安装一手机模块，该手机利用移动通信网络与用户手机进行通信，用户接收到检测的信息后，如需要进一步诊断，可发送检测信息至服务器配备的手机信息中，手机接收到信息后马上发到服务器数据库中。其软件控制流程图如6所示。

图5 ZigBee网络组建软件流程图

图6 软件控制流程图

数据库在系统中起非常重要的作用，如采用Oracel大型数据库。根据需求分析应包含的数据项有用户手机号、姓名、性别、年龄、住址等信息。当数据库读取接收到的手机信息后，能够唯一的确定待诊断用户的详细信息。只要有新的用户信息发送过来，会在线提示医院医生，医生访问服务器查看待诊断用户的信息，根据信息内容做出医疗诊断，并把诊断结果保存在系统中。当用户的诊断结果出来后，发送一条信息到用户手机，告知诊断结果;或用户通过互联网登录远程医疗网站，输入个人信息后查看诊断结果。