基于物聯(lián)網(wǎng)的病房監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

宋領(lǐng)赟

（黑龍江省綏化學(xué)院，黑龍江綏化，152061）

基于物聯(lián)網(wǎng)的病房監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

宋領(lǐng)赟

（黑龍江省綏化學(xué)院，黑龍江綏化，152061）

隨著電子信息技術(shù)、多媒體技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也得到了快速的發(fā)展。本系統(tǒng)采用的是S3C6410微處理器，結(jié)合視頻通信模塊、傳感器模塊，對(duì)醫(yī)院病房進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控以及室內(nèi)溫濕度的檢測(cè)，通過USB無線網(wǎng)卡連接互聯(lián)網(wǎng)，設(shè)計(jì)一個(gè)無線視頻傳輸系統(tǒng)，將設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，操作系統(tǒng)內(nèi)移植了嵌入式Web服務(wù)器GoA-head，結(jié)合PHP、HTML等腳本語言，采用了B/S架構(gòu)將各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)及指標(biāo)在網(wǎng)頁上顯示，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行穩(wěn)定、速度快、成本低、體積小的無線視頻監(jiān)控平臺(tái)，具有很大的實(shí)用價(jià)值。

嵌入式；遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控；無線網(wǎng)卡；S3C6410

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)的理念就是把所有物品通過射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。傳統(tǒng)的病房多是需要醫(yī)護(hù)人員在病房里看管照顧，當(dāng)病人向醫(yī)護(hù)人員求助時(shí)，工作人員可能不在工作現(xiàn)場(chǎng)，或者不能及時(shí)解決病人的需要，而這樣的工作方式卻不能夠高效率的進(jìn)行，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，便捷的、可靠的、安全的病房監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)顯得尤為重要。本次設(shè)計(jì)在于提高醫(yī)護(hù)人員的工作效率以及對(duì)病人的生活環(huán)境的檢測(cè)，當(dāng)醫(yī)院收到病房傳來的信號(hào)時(shí)，醫(yī)院工作人員會(huì)根據(jù)病人的需要作出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。建設(shè)一個(gè)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)院病房系統(tǒng)，可以促進(jìn)我國(guó)醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展，這對(duì)醫(yī)療事業(yè)具有重大意義的。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

本設(shè)計(jì)采用S3C6410微處理器及各電路模塊需要對(duì)視頻信息及溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，開啟webserver服務(wù)，同時(shí)通過無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)連接，將采集的數(shù)據(jù)通過瀏覽器向PC機(jī)客戶端顯示，客戶也可以通過瀏覽器對(duì)處理器進(jìn)行控制輸出。監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)通過視頻數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，將現(xiàn)場(chǎng)采集到的視頻流數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼后，通過無線傳輸形式通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。對(duì)于發(fā)送來的視頻數(shù)據(jù)， 在監(jiān)控中心主機(jī)端的視頻數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)播放出來。本系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)采用了客戶機(jī)服務(wù)器結(jié)構(gòu)，兩端通過網(wǎng)絡(luò)建立TCP/IP連接，按照自定義的數(shù)據(jù)通信協(xié)議交換數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)通信和系統(tǒng)控制功能。監(jiān)控中心的客戶端向服務(wù)器端申請(qǐng)建立連接，服務(wù)器客戶端向服務(wù)器到連接請(qǐng)求之后，發(fā)送控制信號(hào)，服務(wù)器端向客戶端發(fā)送視頻碼流。將采集到的溫濕度數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絇C機(jī)上顯示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)原理圖

1.2 硬件平臺(tái)介紹

本系統(tǒng)采用博創(chuàng)公司的UP-CPU6410-Ⅱ開發(fā)板，以S3C6410微處理器為主芯片的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由基于ARM11系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備、BELKIN型F5D7050B USB無線網(wǎng)卡傳輸模塊、中興微ZC301數(shù)字?jǐn)z像頭模塊及傳感器模塊四部分硬件構(gòu)成。系統(tǒng)主要包括：數(shù)據(jù)采集終端、遠(yuǎn)程處理中心、監(jiān)控中心三個(gè)部分組成。其中數(shù)據(jù)采集終端主要由圖像傳感器組成，完成現(xiàn)場(chǎng)終端數(shù)據(jù)的采集， 遠(yuǎn)程處理中心對(duì)采集的視頻信息進(jìn)行基本的壓縮編碼后通過無線通信線路發(fā)送給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心能夠?qū)Σ杉降囊曨l解碼查看。

2 功能與指標(biāo)

2.1 攝像頭采集視頻數(shù)據(jù)

Linux下的視頻采集是針對(duì)視頻設(shè)備的應(yīng)用程序編程提供一系列接口函數(shù)。這些視頻設(shè)備包括現(xiàn)今市場(chǎng)上流行的TV卡、視頻捕捉卡和USB 攝像頭等。在應(yīng)用程序中可以利用V4L結(jié)I/ O控制函數(shù)來操作攝像頭進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)采集。本設(shè)計(jì)采用了中星微zc301攝像頭，向目標(biāo)板中加載驅(qū)動(dòng)，這樣開發(fā)板就可以識(shí)別出USB攝像頭。攝像頭通過圖像傳感器，采集病房監(jiān)控區(qū)中的數(shù)據(jù)，對(duì)病房監(jiān)控區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。可以通過調(diào)節(jié)攝像頭，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)視頻圖像的大小。

2.2 無線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)

本設(shè)計(jì)采用USB無線網(wǎng)卡作為傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備，在帶寬上有著極為明顯的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到11～108Mbps，而且有效傳輸范圍很大，能夠流暢地給宿主機(jī)傳遞視頻數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了視頻的流暢播放。無線傳輸在目標(biāo)板上的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控的重要意義。

2.3 病房的溫濕度數(shù)據(jù)

DHT11溫濕度傳感器的指標(biāo)如下：

濕度測(cè)量范圍：20-90%RH

溫度測(cè)量范圍：0~50℃

通過溫濕度傳感器模塊，可以檢測(cè)到病房里的環(huán)境參數(shù)，醫(yī)院的工作人員，可通過傳感器反饋回來的數(shù)據(jù)，作出相應(yīng)的舉措，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)病房里的環(huán)境參數(shù)，營(yíng)造一個(gè)適合病人恢復(fù)健康的生活環(huán)境。

2.4 呼叫請(qǐng)求

當(dāng)病房中的病人遇到困難時(shí)或需要幫助時(shí)，可以通過按鍵向醫(yī)院監(jiān)控中心工作人員發(fā)送請(qǐng)求信息。請(qǐng)求信號(hào)的發(fā)送是通過按鍵觸發(fā)S3C6410內(nèi)部中斷來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)病人按下按鍵后，S3C6410微處理器就會(huì)產(chǎn)生中斷，并將中斷產(chǎn)生的信息發(fā)送到網(wǎng)頁服務(wù)器上，病房監(jiān)控中心的工作人員就能在網(wǎng)頁上看到病人發(fā)送的請(qǐng)求信號(hào)。

2.5 網(wǎng)頁顯示病房狀態(tài)

Web服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的關(guān)鍵設(shè)備，通過使用Web瀏覽器可以完成兩者之間的信息交互。通過在PC機(jī)的瀏覽器上輸入開發(fā)板的網(wǎng)關(guān)，就可以與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器連接，通過網(wǎng)頁看到開發(fā)板系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)。攝像頭捕捉到的圖像和DHT11數(shù)字溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)就可以在網(wǎng)頁上顯示出來。

3 本系統(tǒng)的特色

本次設(shè)計(jì)采用了S3C6410微處理器，采用了USB攝像頭采集視頻數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了USB無線網(wǎng)卡無線傳輸視頻數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了傳感器實(shí)時(shí)反饋環(huán)境參數(shù)信息。圖像傳感器將采集到的視頻數(shù)據(jù)通過MJPG服務(wù)器形成視頻流。網(wǎng)頁設(shè)計(jì)采用了GoAhead網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，結(jié)合PHP、HTML等腳本語言，采用了B/S架構(gòu)將各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)及指標(biāo)通過無線網(wǎng)絡(luò)顯示在網(wǎng)頁上。

對(duì)于無線網(wǎng)卡，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在不斷的發(fā)展與改善，其發(fā)展前景是良好的，雖然在很多場(chǎng)合下，有線接入技術(shù)并真的比無線網(wǎng)絡(luò)有更多的優(yōu)勢(shì)。無線網(wǎng)絡(luò)是對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)的一種補(bǔ)充，而不是一種替代。所以我們選擇了無線路由的方式對(duì)信息進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)了只要是手持手機(jī)，電腦，帶有操作系統(tǒng)的PC機(jī)連上無線就可以使用我們的無線網(wǎng)，從而可以觀看病房的一切情況。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種基于ARM的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)以ARM S3C6410為硬件的核心，利用V4L完成視頻圖像的采集，采用JPEG圖像壓縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)視頻的壓縮處理，該系統(tǒng)經(jīng)使用，表明工作可靠、使用靈活方便，經(jīng)實(shí)踐表明：這種基于ARM處理器的測(cè)控系統(tǒng)功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單、界面友好，實(shí)現(xiàn)了更好的模塊化、通用化和專業(yè)化，并能實(shí)現(xiàn)快速搭建，縮短開發(fā)周期、降低成本，具有很好的推廣價(jià)值。

[1]彭祥新.基于nRF401的無線呼叫服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息化研究.2005年.

[2]梁娟.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的ICU病房監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備.2015年.

[3]歐磊.醫(yī)院病房監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].醫(yī)學(xué)信息學(xué)雜志.2016年.

Design of ward monitoring system based on Internet of things

Song Lingyun
(Suihua University，Suihua Heilongjiang，152061）

With the rapid development of electronic information technology, multimedia technology and network technology, EPC system network technology has developed rapidly. This system uses S3C6410 microprocessor and combines video communication module and sensor module in monitoring of hospital wards actual time and detecting indoor temperature and humidity Meanwhile, it connects to the Internet via USB wireless card in designing a wireless video transmission system Data collected from the device is transmitted over the network to the network server Embedded web server GoAhead was implanted in the operating system, combining with scripting languages (PHP, HTML, etc.), and then adopting B/S architecture to display environmental parameters and indicators on the web page Finally, the wireless video monitoring platform with stable operation, fast speed, low cost and small size is realized valuably

embedded; remote video monitoring; wireless network card; S3C6410

綏化市科技項(xiàng)目(SHKJ2016-053)。