基于智能病房的监控系统设计

2018-06-04檀业健

机械工程与自动化 2018年3期

檀业健

(河源技师学院，广东河源 517000)

0 引言

目前我国医疗监护系统大多采用有线或存储式。有线医疗监护设备由于接线复杂、布线困难，因此只能固定在一个位置使用，导致医院的医疗监护设备使用效率大幅度降低，而且复杂的接线设置也易导致患者心理压力过大，影响其配合治疗的情绪。存储式是在给患者安装设备后可以在任何地方测量，但测量后必须回到医院取下设备读取里面数据并进行分析，这种方式不能及时了解患者的实时情况，不能及时采取相应急救措施。当前无线医疗实时监护系统成为了监护系统发展的主要方向，因此对基于ZigBee的无线医疗监护系统的研究具有现实意义。

住院的重病患者随时都可能发生病变，因此需要监护系统具备实时监护与呼叫的功能，ZigBee无线技术能完全满足这种实时在线监护的要求。不管患者在ZigBee信号覆盖的任何地方，当出现突发性病变时，都可以通过佩戴在患者身上的ZigBee无线呼叫器将自动检测结果发到最近的医院急救中心，并对监护人发出报警提示信息，使患者能够得到及时的救助，保障了患者的生命安全。本文采用Zigbee技术，研制了可满足一般病房监护需求的医用设备。

1 病房监控系统硬件设计

本设计以CC2530为主控芯片，由血压模块、脉搏模块、液滴模块、呼吸模块、报警模块、控制模块(按键、电机、呼叫)和显示模块等组成，如图1所示。

1.1 脉搏模块

脉搏模块对心率波形、脉搏进行测试，采用反射式光电传感器测量方式，内部集成专用传感器检测，通过指夹式获取指尖心率数据。传感器采样原理是通过高穿透率的IR红外发射管发射不可见光照射指尖，红外发射管对面是对应的红外接收管，在心跳的不同时间，指尖毛细血管的血量是不一样的，发射管的红外光透过手指，红外接收管接收到经过放大的信号从而根据透过手指的红外光判断心率。

图1 病房监控系统硬件系统框图

1.2 血压模块

血压测量模块采用MPX5050GP压力传感器直接将动脉血液对血管壁的血压信号转换为电信号，电信号经放大和调节后送入A/D转换模块转换为数字信号，经过单片机系统的数值换算调整显示，作为对血压的检测数据。

1.3 OLED显示模块

OLED主要显示心率采集波形、血压的高低(高压与低压值)、输液液滴速度、呼吸是否正常、患者个人信息等。OLED模块病房监控显示如图2所示。

2 病房监控系统功能分析

根据病房的需求设计的病房监控系统主要功能有:

(1) 心率传感器信号的实时采集和处理。通过心率测量模块控制IR发射，输出模拟信号和心率波形。采用单片机AD采集信号，通过模块上运放的比较电路将心率值的大小、心率波形在OLED显示器上显示。当输出心率过高或过低时发出报警信号，使医护人员尽早了解患者的突发情况。

(2) 呼吸信号的实时采集和处理。采用热电阻式传感器，将热敏器件用胶带粘在患者鼻腔或口腔下方检测患者呼吸出的气体温度。由于热敏器件体积较小且简单易用，因此监控检测过程中患者没有不舒服的感觉，不影响正常的睡眠休息。利用信号滤波电路提取有效的采样信号后，通过处理器将呼吸模拟信号转换成数字信号，同时实现计数和显示功能，如果检测到呼吸信号暂停时间大于10 s，则警报器发出警报信号。

图2 OLED模块病房监控显示

(3) 血压信号的实时采集和处理。压力传感器的膜片受到外部的压力作用从而产生应变，并传递给电阻应变片，应变片检测到应变后使电桥四臂的电阻发生变化，经测量电路转换成与外力成正比的模拟电信号，再通过控制系统的A/D模数转换，从而把血压大小数值在OLED显示器上显示出来。

(4) 红外光电式输液传感器实时采集和处理。液滴检测采用红外传感器检测技术，在茂菲式滴管上方测量输液液滴速度。红外发射设备发出红外光后，光线穿过茂菲式滴管照射到光电接收三极管上，红外传感器将光线变成电流信号进行输出。如果茂菲式滴管中没有液滴滴下，光线的衰减就比较小，传感器有高电平信号输出;如果茂菲式滴管中有液滴滴下，光线的衰减就比较大，传感器有低电平信号输出。将检测到的传感器信号送入单片机处理，就可以计算出输液的点滴速度。

3 病房监控系统信号采集处理

由于病房监控系统采用无线监控，无论是采集数据还是发送控制命令，首先应建立无线网络，通信成功后再进行无线数据传送的调试。软件设计需兼顾发送端A/D采集数据并发送，接收端接收数据并通过UART传至下一级。ZigBee PRO协议内嵌了一个小型的操作系统来维持多任务的有序执行,病房监控系统信号采集处理流程如图3所示。

图3 病房监控系统信号采集处理流程

建立组网时，终端节点设备将主动寻找协调器的波特率并加入。绑定时，先发出绑定请求，若发现允许绑定的协调器设备，采集节点设备就会对绑定设备发出绑定请求信号，若绑定成功并返回成功标记，则绑定完成。显示部分采用SPI版OLED显示，SPI版采用了SPI总线通信方式，该方式为同步串行通信，只能对OLED显示屏进行写操作，不能进行读操作。