基于物联网的病案库房远程监控系统研究

冯钰宁 邢华奎 冯毅

第一作者简介：冯钰宁（1994-），女，病案信息技师。研究方向为病案管理、病案信息学、医学统计学等。

*通信作者：邢华奎（1993-），男，安全工程硕士，注册安全工程师。研究方向为实验室安全监控与安全管理。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.12.014

摘  要：研发一个基于物联网的病案库房远程监控系统，使病案工作人员通过电脑或手机就可以远程监控病案库房的烟感、湿度、温度和渗水等实时运行参数及视频，并能收到库房异常报警，可降低人为疏忽及库房设备失效导致病案损害的风险。采用物联网云平台+ PLC相结合的方式，构建远程监控系统，且建立试验系统进行实验验证。实验证明，远程监控系统数据传输稳定，视频清晰，报警灵敏，电脑或手机显示简单明了，可减轻有关人员工作压力，对提高工作效率有较大帮助。

关键词：病案库房；病案储存；物联网；PLC；远程监控

中图分类号：TP273      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）12-0059-04

Abstract： A remote monitoring system for medical record storage warehouses based on the IoT will be developed， so that the medical record staff can remotely view the real time operating parameters and videos such as smoke， humidity， temperature， water seepage in the medical record warehouse with a computer or mobile phone through the system， and can receive alarm messages， too. The risk of medical record damage caused by human negligence or warehouse equipment failure will be reduced. The remote monitoring system consists of IoT cloud platform and PLC. An experimental system is built for experimental verification. The experiment has proven that the remote monitoring system has stable data transmission， clear video， sensitive alarms， and clear computer or mobile display， which can reduce the work pressure of the relevant personnel and improve the work efficiency.

Keywords： medical record warehouse; medical record storage; Internet of Things; PLC; remote monitoring

病案是记录患者疾病信息及治疗过程的档案，《医疗机构病历管理规定》要求患者住院病案保存时间不少于30 a。《中华人民共和国民法典》规定医院不得遗失或违法销毁患者病案。处于城市中心的三甲医院，每年住院人数一般有十幾万人次，病案数量庞大，医院常把病案异地储存或者外包给第三方公司保存。病案库房需要防火防灾，保持适当的温度与湿度，为确保病案安全医院会定期派人去库房监督检查。由于病案科室人员工作繁忙[1]，定期外出监督检查病案库房是一项艰难的工作。文献[2-3]认为采用信息化管理手段，可以提高病案管理效率及水平。因此，本文拟研发一个基于物联网的远程监控系统，可以在医院办公室电脑或者手机远程实时监控病案库房的烟感、湿度、温度、地板浸水、墙面天花板渗水及观看库房实时视频，并具有数据储存、数据异常报警功能。这样的系统，是病案信息化智能化管理的一个构成部分。

远程监控系统多种多样，有些是纯视频监控[4]，有些是纯数据监控[5]，有些是数据与视频一起监控[6]，使用目的与条件不同，研发思路及采用的器件有较大差别。本文拟研发的系统，用于病案库房安全监控，连续工作，传感器需要符合档案馆消防要求，整个系统可靠性要高，不但要远传视频，而且要同时远传及自动处理现场数据、识别危险信号并报警，例如病案库房温度、湿度、烟感及其超限报警等，这就要用到模/数（A/D）转换技术，构成相对复杂。鉴于以上特性，本文拟采用物联网云平台+可编程序控制器PLC相结合的方式，构建远程监控系统。

1  监控系统硬件组成原理

这里设计一个高可靠性而运行维护成本低的数据及视频远程监控系统，如图1所示。病案库房安装有一个或多个温度传感器、烟雾传感器、湿度传感器、地板浸水传感器和网络高清摄像头，以及一个户外雨雪传感器。所有传感器测量信号传输到库房外的可编程序控制器PLC。PLC对输入信号中的模拟信号进行A/D转换，然后与输入信号中的开关量信号一起进行逻辑运算分析，运算结果以标准数据格式送到物联网数据采集智能网关，该网关通过互联网把数据上传至物联网云平台服务器。高清摄像头的图像通过互联网互联到本系统的物联网云平台。作为用户的医院，只要在办公室或值班室电脑登录云平台，或者在工作人员手机安装小程序，就可以查看病案库房的实时温度、湿度、烟感等信号及库房现场视频，并可接收报警信息，也可以查看库房外是否下雨或下雪，判断库房墙壁、天花板是否渗水，并且能储存库房监控数据。

图1  病案库房远程实时监控系统构成图

本监控系统高可靠性主要是由可编程序控制器PLC及其他部件保证的。PLC是工业级可编程序控制器，无转动部件，可连续工作，对工作环境要求低，可靠性极高。运行维护成本低主要依赖于器件的高可靠性及物联网云平台的通用性及普及性。

2  试验监控系统的建立

为了验证前述监控系统的可行性，建立一个试验系统。因为是试验系统，同类型信号选择1～2个传感器即可。所以，本试验系统中，温度测量选择1个温度传感器，开关信号选择1个烟感传感器及1个浸水传感器，模拟量信号选择1个湿度传感器，摄像头选择1个网路高清摄像头。这里均选择有线传感器，且每个传感器只具有单一功能，以降低电磁相互干扰，提高监控可靠性。雨雪传感器的输出信号与烟感传感器是同类，本试验省略不计。

2.1  硬件的选择与连接

温度传感器选择PT100热电阻，其测量范围及精度符合库房要求，采用三线制接法以提高稳定性。库房空气湿度传感器选用湿敏电阻型传感器，工作电压+5 V，输出信号0～+3 V模拟信号。烟雾传感器与地板浸水传感器属于开关型信号，选用有线联网型，输出信号是开关信号（1/0）。摄像头选用高清互联网摄像头，可以直接把图像信号上传到摄像头生产厂家的云平台，通过适当设置IP地址就可以互联到本系统的物联网云平台。

可编程序控制器PLC系统一般包括PLC主机、开关量模块、特殊功能模块及程序。国内常用的PLC系统有西门子、三菱、施耐德、台达、汇川、永宏和松下等。本试验系统选用台达可编程序控制器PLC主机1台，此主机包含开关量模块，选择测温模块04PT及A/D轉换模04AD块各1块，PLC主机、测温模块及A/D转换模块组装在一起即可。如果病案库房很大，需要测量的温度点或湿度点较多，允许采用多个测温模块、多个A/D转换模块拼接在一起使用。

本试验系统的服务器及物联网云平台，则从第三方公司租借，优点是便捷、可靠性高且费用较低。根据所选用的物联网云平台特性，试验中选用特定型号的物联网数据采集智能网关，以满足软件与硬件的兼容性。该网关的互联网端口LAN/WAN是共用的，主要参数见表1。

表1  物联网数据采集智能网关主要参数

可编程序控制器PLC系统与传感器之间必须连接正确，才能读取库房的温度、湿度、烟感等信号，一般情况下依照PLC的使用说明书连接即可。本试验系统的热电阻、湿度传感器接法相对复杂，这里给出接法图，如图2所示。热电阻PT100采用三线制接法，接到特殊功能模块04PT-E2，湿度传感器采用二线制接法，接到特殊功能模块04AD-E2。烟感传感器、地面浸水传感器是开关信号，依次接到PLC主机的输入通道储存器X0与X1即可，物理报警灯信号则从Y0、Y1与Y2通道输出，用于驱动物理警灯闪烁，如图3所示。所有信号电缆均有金属屏蔽层，隔离电磁干扰，防止信号失真。

图2  PT00、湿度传感器与PLC系统的接线

图3  试验监控系统PLC安装简图

可编程序控制器PLC主机与物联网数据采集智能网关的连接采用串口RS232，接线对应关系见表2。

表2  远程数据网关与PLC接线关系

2.2  PLC程序的编写

PLC程序是监控系统的核心及灵魂，正确编写程序并上传到PLC中运行，才能实现数据采集、运算、逻辑推理和异常信号识别并报警等功能。各个品牌PLC的程序编写方法略有不同，但基本原则是相同的，一般有梯形图或指令表2种形式。

本试验系统采用梯形图编程，程序包括储存器初始化、数据采集、A/D转换、运算、逻辑判断和信号输出等内容。部分梯形图程序如图4所示，这段程序是定义数据采集通道，读取温度传感器及湿度传感器数据。通过运行这段程序，温度数据、湿度数据就分别转移到PLC数据储存器D10与D20中。这里要注意的是，PLC程序与PLC各部件、各测量传感器的组装顺序有关，这段程序对应的PLC系统组装顺序是：模块04PT-E2紧贴PLC主机安装，模块04AD-E2紧贴04PT-E2安装，如图3所示，拼装顺序变了，程序就要做相应改动。

2.3  物联网数据采集智能网关、PLC、电脑通信参数设置

PLC与网关要进行合适的参数设置，才能使两者之间实现数据交换，PLC测得的数据才能通过网关上传到物联网云平台，供远端计算机、手机访问。不同的PLC及网关设置方法略有不同，但基本过程是一样的。

对网关设置以下参数：①明确关联PLC的型号，即DVP，ASCII码；②添加待测变量及储存地址，即温度、湿度、烟感数据储存器地址；③串口通信波特率，这里取9 600。

对PLC的设置，主要明确通信端口是COM1，通信波特率必须与网关一样，设置为9 600。这样就可以实现PLC与网关的数据交换。

电脑通信的设置过程如下：首先要在租借的云平台注册账号及密码，下载 XXXConfig软件，并安装至电脑，然后输入网关型号，设置网关IP地址及电脑地址在同一个网段。本试验系统网关IP设置为192.168.10.100，电脑IP设置为192.168.10.10，这样电脑就可以访问网关。

图4  部分PLC数据采集主要程序

2.4  用户计算机HMI建立、数据储存、报警设置及视频上传

把物联网数据采集智能网关的WAN口接入外网，使用计算机凭密码账号登录访问云平台。根据云平台提供的框架程序，设计编写用户人机界面HMI，让监控数据按用户要求在计算机显示器有序、直观显示出来，并具有一定的美观性。程序中可根据实际情况定义数据存储时间间隔，本试验系统规定每10 s钟储存一次数据，设置超限报警灯的启动阀值，设定接收报警短信的手机号码。视频的接入则是通过设置摄像头的地址互联实现：第一步登录摄像头厂家云平台，找到摄像头的播放地址并复制，第二步登陆本试验云平台，把摄像头地址粘贴到视频监控位置，第三步把PLC数据采集程序、相关参数设置及计算机显示器组态程序上传至网关及云平台。

2.5  手机端监控的实现

本试验系统使用的物联网云平台附带有手机小程序，只要用户手机安装此小程序并绑定手机号码，即可看到与电脑一样的监控画面及库房视频。

3  试验结果

给试验系统上电，電脑用户凭账号登录访问云平台，手机用户凭密码打开小程序，选择“病案库房监控”选项，就可以在电脑上或手机上看到病案库房温度、湿度、烟感和浸水等实时数据、现场视频及3个报警灯，如图5所示，数据正常报警灯常绿，数据超限报警灯会变红色且闪烁，且所有信息在同一界面显示，无须翻屏，简单明了，实用性强。图6展示的是库房温度历史储存数据曲线，该曲线覆盖的时间长度可以根据需要设定，图中设定数据时间长度为3 d（5月30日至6月1日）。图7是手机收到的库房地板浸水报警短信（人为让浸水传感器触发），如果烟雾、温度超限，系统也会发出报警短信。

关于湿度超限报警，在PLC程序中编写有一段逻辑判断湿度超限的程序，如果库房湿度长时间连续保持较高的数值，说明有可能是库房墙壁或天花板渗水，系统会自动发出湿度超限报警短信息，这时需要派人到现场核实。如果是短时间且局部位置湿度超限，可能是工作人员开门进入库房造成的，系统不会报警，但是会有记录供事后查阅。

测试持续了约3个月，数据传输稳定，视频清晰且没有明显滞后，报警通畅。无论用户距离库房有多远，只要有网线或者有手机，就可以看到病案库房的实时数据及视频。

图5  监控画面

图6  库房温度变化曲线

图7  手机收到的报警信号

4  结论

通过试验测试，本文提出的病案库房物联网远程监控系统切实可行，可强化库房监督管理，可提高库房管理方、委托方等有关人员的责任心，降低人为疏忽及库房设备失效导致病案损害的风险，病案储存变得更安全。因为随时随地可以看到库房实时情况，所以可减轻有关各方的工作压力，对提高工作效率有较大帮助。期望本文所做的工作对档案管理智慧化有参考意义，对智慧医院[7]建设有帮助。本试验是租用第三方物联网云平台及服务器，优点是首次投入费用少，组网快，不用聘请物联网维护专业人员。有条件的医院或档案管理单位也可以自己采购服务器及相应的软件，组建完全独立的系统，或者采用中控大屏幕实时动态显示。

参考文献：

[1] 任田，周磊，任媛媛，等.成都市131所医疗机构病案科室运营管理现况调查[J].中国病案，2023，24（2）：1-4.

[2] 李巍，付凌雨.信息化病案管理在医疗建设中的问题及对策[J].中国病案，2020，21（4）：3-5.

[3] 潘红秀.信息化技术在提高中医院病案管理效率与管理质量中的作用[J].中医药管理杂志，2022，30（19）：187-189.

[4] 杨聚加，段然.智慧视频监控在智慧医院建设中的设计与应用[J].重庆医学，2022，51（5）：863-867.

[5] 杨豪.无人值守的新一代天气雷达远程监控系统设计和实现[D].宁波：宁波大学，2019.

[6] 梁栋.基于PLC的温室远程监控系统设计[D].保定：河北农业大学，2019.

[7] BARROW M， RESTUCCIA F， GOBULUKOGLU M， et al. A remote control system for emergency ventilators during SARS-CoV-2[J]. IEEE Embedded Systems Letters， 2022，14（1）：43-46.