基于物聯網的病房監控系統的設計研究

宋領赟

（黑龍江省綏化學院，黑龍江綏化，152061）

基于物聯網的病房監控系統的設計研究

宋領赟

（黑龍江省綏化學院，黑龍江綏化，152061）

隨著電子信息技術、多媒體技術以及網絡技術的快速發展，物聯網技術也得到了快速的發展。本系統采用的是S3C6410微處理器，結合視頻通信模塊、傳感器模塊，對醫院病房進行實時監控以及室內溫濕度的檢測，通過USB無線網卡連接互聯網，設計一個無線視頻傳輸系統，將設備采集到的數據通過網絡傳送到網絡服務器，操作系統內移植了嵌入式Web服務器GoA-head，結合PHP、HTML等腳本語言，采用了B/S架構將各項環境參數及指標在網頁上顯示，實現了運行穩定、速度快、成本低、體積小的無線視頻監控平臺，具有很大的實用價值。

嵌入式；遠程視頻監控；無線網卡；S3C6410

0 引言

物聯網的理念就是把所有物品通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。傳統的病房多是需要醫護人員在病房里看管照顧，當病人向醫護人員求助時，工作人員可能不在工作現場，或者不能及時解決病人的需要，而這樣的工作方式卻不能夠高效率的進行，費時費力。因此，便捷的、可靠的、安全的病房監控系統設計與開發顯得尤為重要。本次設計在于提高醫護人員的工作效率以及對病人的生活環境的檢測，當醫院收到病房傳來的信號時，醫院工作人員會根據病人的需要作出相應的應對措施。建設一個結合物聯網的醫院病房系統，可以促進我國醫療事業的發展，這對醫療事業具有重大意義的。

1 系統方案設計

1.1 系統設計分析

本設計采用S3C6410微處理器及各電路模塊需要對視頻信息及溫濕度傳感器的數據進行采集，開啟webserver服務，同時通過無線網絡與互聯網連接，將采集的數據通過瀏覽器向PC機客戶端顯示，客戶也可以通過瀏覽器對處理器進行控制輸出。監控現場主機通過視頻數據發送模塊，將現場采集到的視頻流數據經過編碼后，通過無線傳輸形式通過計算機網絡發送出去。對于發送來的視頻數據， 在監控中心主機端的視頻數據可以實時播放出來。本系統的軟件結構采用了客戶機服務器結構，兩端通過網絡建立TCP/IP連接，按照自定義的數據通信協議交換數據，完成數據通信和系統控制功能。監控中心的客戶端向服務器端申請建立連接，服務器客戶端向服務器到連接請求之后，發送控制信號，服務器端向客戶端發送視頻碼流。將采集到的溫濕度數據通過無線網絡傳輸到PC機上顯示。

圖1 監控系統原理圖

1.2 硬件平臺介紹

本系統采用博創公司的UP-CPU6410-Ⅱ開發板，以S3C6410微處理器為主芯片的實驗平臺，該實驗平臺主要由基于ARM11系統的網關設備、BELKIN型F5D7050B USB無線網卡傳輸模塊、中興微ZC301數字攝像頭模塊及傳感器模塊四部分硬件構成。系統主要包括：數據采集終端、遠程處理中心、監控中心三個部分組成。其中數據采集終端主要由圖像傳感器組成，完成現場終端數據的采集， 遠程處理中心對采集的視頻信息進行基本的壓縮編碼后通過無線通信線路發送給監控中心，監控中心能夠對采集到的視頻解碼查看。

2 功能與指標

2.1 攝像頭采集視頻數據

Linux下的視頻采集是針對視頻設備的應用程序編程提供一系列接口函數。這些視頻設備包括現今市場上流行的TV卡、視頻捕捉卡和USB 攝像頭等。在應用程序中可以利用V4L結I/ O控制函數來操作攝像頭進行視頻數據采集。本設計采用了中星微zc301攝像頭，向目標板中加載驅動，這樣開發板就可以識別出USB攝像頭。攝像頭通過圖像傳感器，采集病房監控區中的數據，對病房監控區進行實時監控。可以通過調節攝像頭，實現調節視頻圖像的大小。

2.2 無線網絡傳輸數據

本設計采用USB無線網卡作為傳輸數據的設備，在帶寬上有著極為明顯的優勢，達到11～108Mbps，而且有效傳輸范圍很大，能夠流暢地給宿主機傳遞視頻數據，實現了視頻的流暢播放。無線傳輸在目標板上的實現，實現了遠程監控的重要意義。

2.3 病房的溫濕度數據

DHT11溫濕度傳感器的指標如下：

濕度測量范圍：20-90%RH

溫度測量范圍：0~50℃

通過溫濕度傳感器模塊，可以檢測到病房里的環境參數，醫院的工作人員，可通過傳感器反饋回來的數據，作出相應的舉措，適當的調節病房里的環境參數，營造一個適合病人恢復健康的生活環境。

2.4 呼叫請求

當病房中的病人遇到困難時或需要幫助時，可以通過按鍵向醫院監控中心工作人員發送請求信息。請求信號的發送是通過按鍵觸發S3C6410內部中斷來實現的。當病人按下按鍵后，S3C6410微處理器就會產生中斷，并將中斷產生的信息發送到網頁服務器上，病房監控中心的工作人員就能在網頁上看到病人發送的請求信號。

2.5 網頁顯示病房狀態

Web服務器是網絡應用的關鍵設備，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機的瀏覽器上輸入開發板的網關，就可以與網絡服務器連接，通過網頁看到開發板系統采集到的數據。攝像頭捕捉到的圖像和DHT11數字溫度傳感器采集到的數據就可以在網頁上顯示出來。

3 本系統的特色

本次設計采用了S3C6410微處理器，采用了USB攝像頭采集視頻數據，實現了USB無線網卡無線傳輸視頻數據，實現了傳感器實時反饋環境參數信息。圖像傳感器將采集到的視頻數據通過MJPG服務器形成視頻流。網頁設計采用了GoAhead網絡服務器，結合PHP、HTML等腳本語言，采用了B/S架構將各項環境參數及指標通過無線網絡顯示在網頁上。

對于無線網卡，無線網絡技術在不斷的發展與改善，其發展前景是良好的，雖然在很多場合下，有線接入技術并真的比無線網絡有更多的優勢。無線網絡是對有線網絡的一種補充，而不是一種替代。所以我們選擇了無線路由的方式對信息進行傳輸，實現了只要是手持手機，電腦，帶有操作系統的PC機連上無線就可以使用我們的無線網，從而可以觀看病房的一切情況。

4 結論

本文設計了一種基于ARM的遠程視頻監控系統以ARM S3C6410為硬件的核心，利用V4L完成視頻圖像的采集，采用JPEG圖像壓縮技術實現視頻的壓縮處理，該系統經使用，表明工作可靠、使用靈活方便，經實踐表明：這種基于ARM處理器的測控系統功能強大、運行穩定、操作簡單、界面友好，實現了更好的模塊化、通用化和專業化，并能實現快速搭建，縮短開發周期、降低成本，具有很好的推廣價值。

[1]彭祥新.基于nRF401的無線呼叫服務系統設計[J].信息化研究.2005年.

[2]梁娟.基于物聯網技術的ICU病房監控系統設計[J].中國醫學裝備.2015年.

[3]歐磊.醫院病房監控系統設計與開發[J].醫學信息學雜志.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

綏化市科技項目(SHKJ2016-053)。