基于物聯(lián)網(wǎng)的便攜式心率監(jiān)測和定位系統(tǒng)

吳馨怡　任俊杰　林紅

摘要：設(shè)計一款便攜式心率實時監(jiān)測及患者定位系統(tǒng)。基于物聯(lián)網(wǎng)，將患者的心率數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器并保存到數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)PC客戶端與Android客戶端對于心率的實時檢測，當(dāng)心率出現(xiàn)異常時可向家屬和醫(yī)務(wù)人員發(fā)送報警和定位信息。系統(tǒng)可實現(xiàn)長時間、遠(yuǎn)距離的實時監(jiān)測，可用于心血管病人的日常監(jiān)護(hù)與及時救治。

關(guān)鍵詞：GPRS；服務(wù)器；數(shù)據(jù)庫；客戶端

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）04-0051-03

目前中國心血管疾病患病率仍處于上升的階段，心血管疾病患者人數(shù)已達(dá)2.9億，死亡率占居民疾病總死亡率40% 以上，高于腫瘤及其他疾病，心臟性猝死的發(fā)生機(jī)制十分復(fù)雜，也缺少一種有效、簡捷的可早期識別心臟性猝死高危人群的方法。在過去的幾十年中，對于心率監(jiān)護(hù)技術(shù)和系統(tǒng)的開發(fā)，大多以醫(yī)療護(hù)理的目的，實現(xiàn)了人體心率及其他生理參數(shù)的實時監(jiān)護(hù)[3]，但這些系統(tǒng)通常忽略了測量裝置的移動性，而一些便攜式心率監(jiān)測裝置解決了移動性和舒適性，但缺少患者定位系統(tǒng)。

物聯(lián)網(wǎng)通過各種信息傳感設(shè)備，實時采集所需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成巨大的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，傳輸?shù)礁鱾€終端。本文根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的理念，心率數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)椒?wù)器；移動APP則通過互聯(lián)網(wǎng)訪問服務(wù)器，解決了被監(jiān)測端與監(jiān)測終端受地域限制的問題，實現(xiàn)了患者心率數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和發(fā)病時的及時救治。

1 系統(tǒng)設(shè)計

基于物聯(lián)網(wǎng)的便攜式心率監(jiān)測和定位系統(tǒng)如圖1所示，由心率采集、GPS定位、數(shù)據(jù)傳輸、PC端客戶端以及手機(jī)客戶端等模塊構(gòu)成。心率采集模塊測量心率信號，信號處理模塊將心率數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并傳輸至GSM模塊，GSM利用GPRS功能將數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)絋CP服務(wù)器，服務(wù)器將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫。醫(yī)療機(jī)構(gòu)PC客戶端直接訪問數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)心率監(jiān)測；手機(jī)客戶端則通過Web服務(wù)器訪問數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)心率監(jiān)測。在患者出現(xiàn)心率異常時向家屬和相關(guān)醫(yī)護(hù)人員發(fā)送報警短信和定位信息。

2 硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示，采用SON1205反射式光電傳感器模塊采集心率，OUT1輸出脈搏方波信號；選STM32F013VE作為主控芯片將采集到的心率信號進(jìn)行處理并通過USART1_TX傳輸給GSM模塊。當(dāng)心率值不在閾值范圍內(nèi)，則啟動GPS定位模塊UBLOX-6M進(jìn)行定位，并通過GSM模塊SIM800A將報警和定位信息以短信形式發(fā)送至家屬和醫(yī)務(wù)人員的手機(jī)。心率的實時數(shù)據(jù)可通過SIM800A模塊傳輸?shù)椒?wù)器。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)主程序

系統(tǒng)主程序如圖3所示，系統(tǒng)初始化結(jié)束后對心率采樣處理，如出現(xiàn)異常則定位報警。實時數(shù)據(jù)將傳至服務(wù)器。

3.2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸總體規(guī)劃如圖4所示，GSM通過互聯(lián)網(wǎng)與TCP服務(wù)器通信，進(jìn)行心率傳輸；服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫與PC客戶端位于同一個局域網(wǎng)內(nèi)，TCP將接收到的數(shù)據(jù)存放于數(shù)據(jù)庫，PC客戶端可直接通過局域網(wǎng)訪問數(shù)據(jù)庫，獲取相關(guān)信息；手機(jī)客戶端則可通過互聯(lián)網(wǎng)訪問Web服務(wù)器以請求訪問數(shù)據(jù)庫。

互聯(lián)網(wǎng)通信分為兩大部分：GSM模塊與TCP服務(wù)器的通信、手機(jī)客戶端與Web服務(wù)器的通信。GSM模塊與TCP服務(wù)器的通信中，GSM通過配置APN、設(shè)置GPRS功能、配置TCP域名和端口號等，來向TCP服務(wù)器發(fā)送請求實現(xiàn)連接。手機(jī)客戶端與Web服務(wù)器的通信中，手機(jī)客戶端向服務(wù)器發(fā)送相關(guān)指令請求訪問數(shù)據(jù)庫相應(yīng)數(shù)據(jù)，服務(wù)器反饋數(shù)據(jù)給手機(jī)客戶端。

局域網(wǎng)絡(luò)通信主要由服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫和PC客戶端組成。采用SQL Server數(shù)據(jù)庫，其獨(dú)立存在于醫(yī)療機(jī)構(gòu)內(nèi)部的局域網(wǎng)內(nèi)，醫(yī)生可以直接對數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行增加、修改、刪除等。數(shù)據(jù)庫包含醫(yī)生信息庫，病人資料信息庫，病人歷史心率數(shù)據(jù)庫，病人異常心率數(shù)據(jù)庫和病人編號與GSM編號配對表。

4 終端設(shè)計

4.1 PC客戶端

PC客戶端如圖5、圖6所示，包含登陸和主頁兩個界面。登陸界面供醫(yī)務(wù)人員使用，具有登陸、密碼修改和注冊三個功能。主頁具有信息查詢、實時心率和歷史查詢?nèi)齻€功能。醫(yī)護(hù)人員可通過信息查詢查看患者的基本信息，通過實時心率功能查看患者心率實時數(shù)據(jù)，歷史查詢功能可查閱患者的曾經(jīng)異常心率數(shù)據(jù)。

4.2 手機(jī)客戶端

患者家屬和醫(yī)務(wù)人員的手機(jī)主要用來接收患者的報警和定位信息，當(dāng)患者心率異常時，手機(jī)將接收到如圖7所示信息，當(dāng)收到反饋的信息后，系統(tǒng)停止發(fā)送。

手機(jī)客戶端則如圖8所示，包含登陸界面和查詢界面，可進(jìn)行心率異常數(shù)據(jù)的查詢，方便醫(yī)護(hù)人員對患者的及時救助。

5 結(jié)語

本文設(shè)計了一款基于物聯(lián)網(wǎng)的便攜式心率監(jiān)測和定位系統(tǒng)。患者所攜帶的心率監(jiān)測裝置通過GSM模塊與TCP服務(wù)器進(jìn)行通信，手機(jī)端接受報警信息并與Web服務(wù)器建立通信從而訪問數(shù)據(jù)庫，PC客戶端則通過局域網(wǎng)訪問數(shù)據(jù)庫。測試結(jié)果表明，各部分與服務(wù)器通信良好，當(dāng)心率數(shù)據(jù)異常時會及時收到包含病人位置信息警告，與傳統(tǒng)醫(yī)療設(shè)備相比，具有移動性、舒適性、功耗低等特點。與其他便攜式心率監(jiān)測裝置相比，又具有患者定位功能。但目前僅可監(jiān)測心率一項指標(biāo)。通過進(jìn)一步的設(shè)計完善，該系統(tǒng)有望應(yīng)用于人體多項生命體征的長期遠(yuǎn)程實時監(jiān)測，在醫(yī)療方面具有廣闊前景。

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