淺談基于云監(jiān)控的智能防疫車

張浩琨 張娜 劉明凱

1.山東理工大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 山東 淄博 255000

2.山東理工大學(xué) 機(jī)械設(shè)計制造及自動化學(xué)院 山東 淄博 255000

引言

近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)逐漸滲透到各行各業(yè)，在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行醫(yī)療、安全、衛(wèi)生系統(tǒng)的改進(jìn)，是大勢所趨。傳統(tǒng)醫(yī)藥行業(yè)中，醫(yī)生護(hù)士會進(jìn)行消毒、送藥、檢測病人體溫等重復(fù)性的簡單工作，需要大量人力資源進(jìn)行管理。智能防疫車結(jié)合云計算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、傳感器技術(shù)，使防疫車獨自完成送藥、消毒、檢測病人體溫等簡單工作，并結(jié)合云平臺，實時反饋給管理人員。

1 產(chǎn)品設(shè)計簡介

本次設(shè)計主要分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。硬件設(shè)計主要包括了STM32F767單片機(jī)、藥品監(jiān)控電路、電量管理電路、語音電路、電機(jī)控制電路、電源電路、復(fù)位電路、無線通信裝置的設(shè)計，軟件設(shè)計主要包括服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)、App界面設(shè)計。旨在設(shè)計出一款可以遠(yuǎn)程操縱進(jìn)行送藥、消毒、測量病人體溫路線的訓(xùn)練，訓(xùn)練完畢后根據(jù)App設(shè)置的命令自行完成相應(yīng)操作的一款防疫車[1]。系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)包括防疫車及App云疫控，其間通過wifi或蜂窩網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)在一起，每一位病人、醫(yī)生都可在App上完成賬號注冊，同時系統(tǒng)為每一位病人配備的紅外遙控器用于實現(xiàn)對防疫車的控制，App擁有出入院記錄、電子病歷、送藥、送餐、消毒、測量體溫等體態(tài)指標(biāo)、藥品二維碼識別等功能。創(chuàng)意點如下：防疫車可以通過訓(xùn)練熟知不同場景、不同功能的行駛軌跡；藥箱、送餐盒實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)化功能，醫(yī)生可以通過App設(shè)定每一種藥箱內(nèi)存放的藥品，每一個病人的服藥種類、時間、間隔、服藥量等，時間到達(dá)后，車子將藥品送到指定病床附近并開啟語音引導(dǎo)病人服藥。作品擁有避免重復(fù)用藥的機(jī)制，不規(guī)范的用藥會引起系統(tǒng)警告并發(fā)送信息給監(jiān)護(hù)人；作品擁有完整的醫(yī)療送餐功能，當(dāng)患者下單提供支付寶或醫(yī)院的財務(wù)系統(tǒng)支付后會傳到后臺訂單，車子到隔離病房門取餐送到指定床邊，系統(tǒng)也會根據(jù)每一時間段的訂單數(shù)量預(yù)測未來的訂單變化，通知餐廳備餐；作品可通過App實現(xiàn)紫外線消毒及酒精噴霧消毒功能；作品擁有5種生命體態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊如紅外溫度、血氧濃度、心率脈搏等，每天通過App定時對每位病人進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，通過人臉識別與App錄入的病人信息比對，將每位病人信息傳送到我們的App供醫(yī)生查看，超標(biāo)信息會直接通過短信發(fā)送給醫(yī)生[2]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 主控制器

系統(tǒng)微控制芯片選用意法半導(dǎo)體集團(tuán)開發(fā)的STM32芯片，原因如下：STM32的發(fā)展歷史悠久，主打低功耗，內(nèi)含各種集成嵌入式存儲器，具備嵌套矢量中斷控制以及外部中斷功能，其最高時鐘頻率可達(dá)216MHz。

2.2 通信電路的設(shè)計

無線通信模塊采用Wifi、蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信，原因在于如今WLAN網(wǎng)絡(luò)、移動網(wǎng)絡(luò)受用廣泛，無論在公網(wǎng)還是家庭網(wǎng)絡(luò)中隨處可見，且手機(jī)和設(shè)備不必在同一網(wǎng)域，操作簡單，費用較低；另外采取單片機(jī)之間的串口通信來實現(xiàn)單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，保證上下機(jī)位之間命令相應(yīng)的及時性；此外作品還采用GSM模塊來與用戶段手機(jī)通信，保證用戶可以及時了解用藥信息和接受用藥提醒。

2.3 顯示電路的設(shè)計

顯示屏幕采用ALIENTEK的4.3寸LCD液晶屏，能夠通過編程讀取并顯示寄存器中的數(shù)據(jù)，并將所需數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。系統(tǒng)將醫(yī)藥管家的用藥情況以及用藥信息顯示在LCD屏幕上，方便用藥者觀察用藥信息。

2.4 電源計量和休眠設(shè)計

產(chǎn)品采用艾銳達(dá)IM1253B電能計量模塊，采用modbus RTU通信協(xié)議，自帶校驗位提高通信容錯率，自帶通訊隔離抗干擾能力強(qiáng)。模塊可測量電壓、電流、電能、功率、二氧化碳排放量、電能轉(zhuǎn)化率等，被廣泛用于新型電池的電量管理。作品通過下位機(jī)測量出各項指標(biāo)，通過wifi模塊發(fā)送到服務(wù)器，用戶在App上可觀察剩余電量等信息，同時可在App上設(shè)置低電量報警，低功耗設(shè)備休眠等，保障電源的正常供電[3]。

2.5 基于人工智能的Open CV圖像識別設(shè)計

產(chǎn)品采用python編寫的Open MV，內(nèi)置豐富的Open CV圖像處理庫，通過串口連接到連有wifi模塊的stm32開發(fā)板，從而達(dá)到連接云端的功能。Open MV間接與云服務(wù)器交互可實現(xiàn)病人識別、二維碼識別、障礙物檢測等多種功能。拿藥物條形碼識別為例，Open MV首先檢測到條形碼的數(shù)字信息，從而發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫中查詢藥物的所有信息，同時反饋給下位機(jī)藥物用藥信息，并通過語音模塊提醒到用戶，實現(xiàn)人工智能。

2.6 生命體征采集設(shè)計

作品擁有5種生命體態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊如MLX90614ESFBAA紅外溫度、HKB-08B血氧濃度、MAX30102心率脈搏等，通過SPI片選與主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。每天防疫車定點對每位病人進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，通過人臉識別，將每位病人信息傳送到我們的App供醫(yī)生查看，超標(biāo)信息會直接通過短信發(fā)送給醫(yī)生。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的云服務(wù)器采用的騰訊云的云服務(wù)器，物聯(lián)軟件通過C#進(jìn)行編寫，實現(xiàn)對下位機(jī)采集數(shù)據(jù)的云計算。云服務(wù)器通過socket監(jiān)聽端口，識別下位機(jī)的設(shè)備ID，與下位機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)通信，系統(tǒng)在接入時選擇了MQTT通信協(xié)議，保證數(shù)據(jù)的長時間傳輸。用戶在軟件內(nèi)可實現(xiàn)實時監(jiān)測隔離病房內(nèi)的溫濕度，病人的體溫、血氧濃度、心率等生命體態(tài)特征，防疫車上藥箱內(nèi)的藥品余量，防疫車設(shè)置的用藥時間、用藥量、用藥間隔、用藥病人的位置，同時可以查看設(shè)備的耗電量、耗電功率、電池電量；APP可以對下位機(jī)實時進(jìn)行命令控制，如開啟消毒模式，設(shè)置用藥，送餐，測量病人生命體態(tài)特征等系列命令，病人可自行在APP上下單訂餐，支付完畢后，防疫車會根據(jù)下單信息將食物送到指定床位。APP的使用減少了醫(yī)護(hù)人員重復(fù)性的工作流程，極大了提高醫(yī)護(hù)效率[4]。

4 結(jié)束語

通過本次設(shè)計，系統(tǒng)可以實現(xiàn)對隔離病房內(nèi)病人的自動化監(jiān)護(hù)，讓現(xiàn)代化物聯(lián)設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)醫(yī)生護(hù)士的重復(fù)性工作成為可能，APP操作的便利性可以精準(zhǔn)地為每一位病人服務(wù)。此款自動化的智能防疫車能有效減少醫(yī)護(hù)人員的工作壓力以及感染風(fēng)險，極大提高了工作效率。與此同時，在未來幾年之內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)大熱勢頭是可以預(yù)見的，而機(jī)器學(xué)習(xí)功能是更深層次解放人工的大發(fā)展方向。所以對于將兩者結(jié)合而又實用性很強(qiáng)的云疫控防疫車而言，發(fā)展前景很廣闊。