LoRa技术在住院病人体温持续监测中的应用

2019-12-02陈威宇陈捷

电子技术与软件工程 2019年13期

文/陈威宇陈捷

1 引言

在住院病房实施病人的护理工作时，根据《综合医院分级护理指导原则》中的要求，护士依据患者不同的护理级别，需要密切观察患者的生命体征变化。当前国内外大部分医院需要测量时护士必须到病人的身边去测量，记录具体每个病人的体温数据。这种方式存在以下问题：

（1）体征信息采集效率低下，为了持续监测体温护士就会需要定期频繁往返于病房与护士站之间，大大增加了护士的工作量。

（2）测量间隔体征信息缺失，病人在两次测量间隔的体温变化仍然没有被监测到。

（3）采集过程易受其他因素影响，如遇病人精神异常、昏迷、呼吸困难等情况此时就无法正常采集。

随着生命体征持续监测系统的应用，护士可以实时持续监测病人生命体征信息，及时预警生命体征异常，将大大减少护理人员的工作量，使他们可以在完成更多其他任务同时，又不会错过病人体征异常变化。

2 系统总体设计

本系统采用蓝牙近距离无线传输技术和LoRa技术的超远距离无线传输技术作为体征数据无线回传方案，利用蓝牙无线通信完成病房内病人体温的采集上报，利用LoRa无线通信完成整个病区的体温数据的采集上报。体温传感器通过探针测量病人的体温数据，采集节点通过蓝牙无线信号采集病房里体温传感器的体温数据，然后通过LoRa无线信号传输到采集网关，采集网关负责包上报数据转发到网络服务，由网络服务最终发送体温持续监测中央工作站。

3 系统网络部署

系统由体温传感器、LoRa采集节点、LoRa网关、LoRa网络服务、体温持续监测中央工作站组成。在每个住院病房插座接入采集节点，负责采集病房内体温传感器的数据，特殊较大的病房可以部署多个采集节点以满足蓝牙信号覆盖的要求。在各个楼层部署LoRa网关，通过有线网络与网络服务相连，负责覆盖楼层病房内LoRa信号，实现与采集节点通信，一个网关可以完成普通医院住院病区3层LoRa信号覆盖，如果有信号盲区，可以通过增加网关满足信号覆盖。LoRa网络服务通过有线网络与体温持续监测中央工作站相连，负责将采集汇总的体温数据上报到体温持续监测中央工作站。体温持续监测中央工作站采用BS架构，医护人员可以通过浏览器访问体温持续监测应用平台，实现多病房病人体温的持续监测。

3.1 体温传感器

体温传感器，使用高精度NTC热敏电阻探头与体表接触，每5秒采集一次温度，全程不间断持续采集体温。主机支持存储体温历史数据，按每分钟一个体温数据的频率进行存储，最大可以保存100个小时的历史数据。主机同时配备蓝牙模块，通过蓝牙信号实现与外界交互操作，完成设备信息获取、设备配置管理、设备电量上报、实时数据上报、历史数据获取等功能。主机采用一次性使用体温探头，降低院内交叉感染风险。

3.2 LoRa采集节点

LoRa采集节点主要由主控单元、蓝牙基带模块、LoRa通信模块、电源模块组成。采集节点LoRa模块采用Class C工作模式，即LoRa模块在发送模式接收后始终打开接收窗口，以便可以及时响应服务端下发的消息。采集节点内部集成AC-DC模块，无需额外电源适配器，直接接入220V插座即可，安装部署灵活。

采集节点负责与蓝牙信号覆盖范围内的体温传感器通信，获取设备信息、电量信息、实时数据、历史数据等，然后根据定制通信协议数据组包通过LoRa无线传输发送给LoRa网关。为了保证通信效率减少冗余信息，单个采集节点支持配置体温传感器的最大接入数量，一般一个病房的病人4～8人，所以默认设置为10以满足住院病房的现场需求。

3.3 LoRa网关

LoRa网关由电源适配器，主控板，LoRa网关模块、接口板及天线组成，主控板通过接口板使用SPI串口协议与LoRa网关模组相连。网关设备工作在470MHz频段，有八个独立的接收通道用于接收采集节点上行消息，LoRa协议传输采用扩频通信，根据接收信号的RSSI（接收信号强度）和SNR（信噪比）值，判断传输质量高低，通过控制扩频因子在SF7～SF12间自动切换，实现自动传输速率控制。

网关是采集节点数据的汇聚中心，负责所有采集节点LoRa物理层消息的协议转换和数据转发，接收节点设备上行帧数据并解析上报网路服务，接收网络服务按的下行帧数据并编码发送给相应采集节点。业务数据在网关是透明传输的，采用GWMP协议（LoRa网关消息协议）与LoRa网路服务交互通信。单个网关设备的采集节点接入数量，建议现在在100台以内，以保证通信的空口带宽，减少丢包和重发的次数。一般单个网关设备可以满足住院病房三个楼层的覆盖，涉及病房和治疗室的数量在100个以内，所有完全满足现场要求。