手术服的智能化管理系统
2018-08-11张欣瑞张乾海南医学院
张欣瑞 张乾 海南医学院
AbstractThe operating room is the core medical place of the hospital. Its informatization and digital construction level demonstrate the modernization level of the hospital and the"hard strength" of medical development. It is very important for the entire medical system. This system mainly improves the use of hospital surgical clothing management, uses the Internet of Things technology to improve work efficiency,reduce work costs, realize automatic monitoring of wardrobe status, intelligently identify the identity of medical personnel, and standardize the clothing storage process of surgical personnel.
1.国内外发展概况
2018年注定是物联网爆发的一年，相关技术的成熟、认知的普及以及对更方便、快捷、智能化生活的追求，会使得越来越多的物联网技术与新管理、新程序结合起来运用到工业，交通，医疗，运输等各方面。很多国家都对物联网技术的发展前景十分的看好，他们在这个方面投入了大量的资金和技术力量来进行教育培训、技术发展，并且已经取得了大量的成果，大部分民众对于物联网都有着相关的了解，部分研究成果已从实验室走向了实际应用，较大的方便了人们的生活。2008年美国提出了利用传感器、无线通信，电子标签和计算机等相关技术，将运输、工厂管理、商品销售，医疗，教育等相关的基础设施连接到一起，实现对未来的产业的管理模式和人们的生活习惯的改变，完成智慧城市的全面改造，进而提高人们日常工作效率、生活质量。这项计划将会成为振兴美国经济、确立领先优势的关键，对未来美国的新发展有着不可替代的作用。在时间上，英，德等欧盟国家开始相关研究比美国还提前一段时间，他们的成果已经覆盖整个产业链，研发出了微型标签、测量传感器、无线通信等相关软硬件产品，并将这些技术在真伪识别、运输、工厂管理等方面进行实践。与前面提到的几个国家相比，我们国家的物联网技术的发展相对缓慢，于2009年提出“感知中国”这一理念，目前相关技术也被运用到渔牧业，农业，电力，交通等方面。
而在医疗产业方面，科技的快速发展解决了各科手术设备的特殊要求和信息集成的需要，数字化手术室的理念渐渐的得到兴起和快速的发展[6]。射频识别(RFID)等相关物联网技术被引入到手术室的常规管理，可以提高医护工作者的工作效率，对于医院管理结构进行优化，加强对医疗设备的监控管理，提高医疗资源的使用率率，提升医疗服务质量和准确度，降低医疗事故与医疗成本，进一步实现医疗系统的全面提升。
2. 系统设计
本文的手术服的智能化管理系统主要实现自动环境监测，识别医务人员的身份，规范手术人员衣物存放流程等功能，是一套基于医疗物联网的手术服管理系统。硬件部分分为以下几个模块。
输入模块：输入模块分为RFID射频读卡模块和壁障传感器模块两部分。RFID射频读卡模块实现芯片信息的发送和接收，并将数据发送至51单片机控制模块进行处理。壁障传感器模块利用红外线发射模块与接收管进行衣柜状态检测，将衣柜的状态信息将通过输出接口输出出来。由单片机进行控制，通过zigbee无线通讯技术传送给上位机。
控制器模块：51单片机作为整个系统的控制部分。对RFID射频读卡模块和壁障传感器模块输入的数据进行处理，控制衣柜门开关，并将相关数据通过zigbee无线收发模块传递给上位机进行数据显示。
输出部分：输出部分包括无线收发模块和驱动控制模块。无线收发模块接收到RFID射频读卡模块和壁障传感器模块的数据，将相关数据传输给上位机进行显示。驱动模块接受51单片机的控制信号后驱动步进电机转动，控制衣柜门开关。
远程端：电脑作为远程端进行相关数据的显示和记录，通过zigbee无线收发模
块接收RFID射频读卡模块和壁障传感器模块的数据，将持有人id，姓名，开柜时间记录进数据库中，并实时显示刷卡人姓名及衣柜状态。系统结构框图如图所示：
图2 -1 系统结构框图
2.1 输入模块设计
2.2.1 壁障传感器模块
本系统中使用的是telesky品牌的壁障传感器模块，比较器型号为LM393，工作稳定，利用红外线发射模块与接收管进行衣柜状态检测。发射管发射红外线，当衣柜内有衣物存在时，红外光线反射回来，接收管将接收到物品存在的信号。比较器电路会对此信号进行识别处理，然后将衣柜的状态信息通过输出接口输出出来。一个低频信号将会传入单片机，通过zigbee无线通讯技术将数据传送给上位机，衣柜状态将在上位机显示出来。
2.2.2 RIFD 射频模块
RIFD最基本的系统包括电子标签，MFRC522阅读器，天线及记录并处理信息的cpu。在本项目中，51单片机控制模块相当于记录并处理信息的计算机系统，电子标签采用的是S50非接触式IC卡，阅读器读写卡芯片使用的是MFRC522芯片。整个模块的工作频率为13.56MHz，支持ISO14443A/MIFARE协议。卡片进入读写器操作范围时,PcdRequest函数对卡片进行感应，当感应到多张IC卡时PcdAnticoll函数对卡片进行排队，帮助不重复识别，PcdSelect函数筛选出本系统所使用的RFID读卡器对应的指定的IC卡型号进行三次互相验证，即读取IC卡扇区里的信息，用PcdAuthState函数对扇区里的密码进行校验，完全核实IC卡身份。
2.2 控制器模块设计
控制模块主要利用51单片机来控制输入模块和输出模块。内部烧入控制程序，进行RFID部分，步进电机，zigbee无线通信模块等部分函数编写，接收输入模块的信号，进行识别和再处理，根据信号的不同进行不同函数控制操作。
2.3 输出模块设计
2.3.1 步进电机模块
输出模块的步进电机使用的是五线四相得步进电机模块，以“步阶”的方式分段移动，是典型的的数字信号控制电机，转动的动力来自于电磁力。控制器通过发送脉冲信号来控制部进电机转动，电脉冲信号决定角位移或线位移，也就是说当一个脉冲信号被发送到步进电机驱动器时，步进电机就按照设定的方向转动一定角度，进而来控制门的开关。
2.3.2 步进电机驱动模块
因为硬件部分的电流强度不够，无法直接对步进电机进行控制,需要使用步进电机驱动模块放大电流。在本系统中步进电机驱动模块选择的芯片是ULN2003，一个模块可控制多个步进电机。
2.3.3 zigbee 无线传输模块
Zigbee无线传输模块使用的芯片为cc2530，专门针对IEEE 802.15.4和Zigbee应用，具有强大的地址识别和数据包处理能力，直接进行存储器存取，数据传输时不需CPU的参与。在使用时直接调用zigbee协议栈里的函数进行初始化，实现无线通讯连接。
2.4 上位机端
上位机软件开发平台为VS开发平台，开发语言为c#，利用mySerialPort函数进行串口实例化，port_DataReceived函数进行串口数据接收事件定义， ShowCurTimer函数进行当前时间显示，OpenSerialPort()定义串口打开函数，实现数据的接收与显示，软件界面如下图所示：
图4 -5 上位机软件界面展示
3 总结
本系统主要完成了手术室中衣柜的智能化管理。运用Visoal Studio 2012与MySql进行上位机软件开发，keil进行51单片机烧录开发，IarIdePm进行Zigbee无线通信开发。目前只实现了衣柜状态监测，智能识别医务人员的身份，规范手术人员衣物存放流程等功能，只是手术室智能化管理的一小部分，在日后可进行扩展延伸，结合“物联网”技术，实现整个手术室智能化管理。
