無線射頻技術設計的無人值守病房監護系統

無線射頻技術設計的無人值守病房監護系統

?? 體溫、心率和呼吸頻率等三項生理參數是人體最重要、最基本的生命體征。對傷病人員進行多項生命體征的監測有利于對其進行及時有效的治療處理，但目前我國大部分監護系統都是人工床邊監護和有線方式床邊監護，前者浪費人力，可靠性低；后者成本高，布線困難。這就迫切需要一種既能夠可靠監護病人，又能節約人力物力的監護方式。本文介紹的無人值守病房監護系統正是為滿足這樣的需要而設計，該系統采用生物醫學傳感器對病人的體溫、心率(脈搏)、呼吸頻率等生理參數進行實時檢測，并將檢測數據通過無線射頻模塊發送給監控中心，實時監測病人的身體情況，不但節省了人力物力，提高了醫院醫療服務質量、醫院管理水平，并且安裝方便、成本低、使用簡單。

　　1 系統組成及工作原理

　　無人值守病房監護系統主要由數據采集器、無線射頻模塊SRWF-106、監控計算機等部分組成，結構示意圖如圖1所示。

　　佩戴在病人身上的數據采集器集心率傳感器、呼吸頻率傳感器以及溫度傳感器等多種生物醫學傳感器于一體，它可以實時監測病人的心率、呼吸頻率以及體溫等生理體征參數，并通過鐵電存儲器記錄數據的采集時間，然后通過無線射頻模塊SRWF-106實時發送到中心病房監控計算機。如果某個病房發送數據的某項指標出現異常，系統會報警提醒監控人員對相關病人采取及時地處理措施，從而比較及時的對病人治療，保證了病人的安全并提高了監控效率。當然，監控人員也可對監控計算機數據庫進行數據索引，有針對性地對某些病人的生理體征參數進行分析，及時更改治療手段或者提前對病癥進行有效的防控，進而最大限度上保證了病人的權益。

　　2 系統硬件設計

　　2．1 數據采集器硬件設計

　　數據采集器佩戴在病人身上，主要完成對病人生理體征參數的采集、處理和存儲等功能，由傳感器電路、微處理器以及鐵電存儲器等部分組成。傳感器包括溫度傳感器DSl8820、HK-2000A型集成化脈搏傳感器、HXB-2型壓電呼吸傳感器以及其他待擴展傳感器，微處理器選用了PLILIPS公司的高速、低功耗、8位FLASH單片機 LPC932，鐵電存儲器選用RAMTRON公司集成時鐘電路的FM31256。數據采集器電氣原理圖如圖2所示。

　　將連接到數據采集器上的數字溫度傳感器DSl8B20、HK-2000A型集成化脈搏傳感器和HXB-2型壓電呼吸傳感器分別按要求安裝到病人身體的相關部位，然后開啟數據采集器，開始采集病人的體征參數，連同數據采集的時間一并存入鐵電存儲器FM31256，同時啟動無線射頻模塊SRWF-106，實時地將病床號、采集時間以及監測數據發送出去，紅指示燈D3閃爍標示數據傳輸成功。當供電電池電壓不足，單片機LPC932會發生比較中斷，這時黃指示燈D4會閃爍指示，提醒工作人員更換電池，提高了數據采集器的工作可靠性。

　　2．2 無線射頻模塊SRWF-106的使用

　　SRWF-106模塊提供兩個串口，COMl(CONl的Pin3、Pin4)固定為TLL電平的UART串行口；COM2(C0Nl的Pin6、Pin7)可通過跳線J1的D位來選擇接口方式，包括RS 485和RS 232兩種。本設計中，數據采集器和SRWF-106之間為TTL電平，而監控計算機與SRWF-106間為RS 232。SRWF-106模塊提供1 200 b／s，2 400 b／s，4 800 b／s，9 600 b／s，14 400 b／s，19 200 b／s等接口波特率，波特率的設定可通過改變模塊反面的焊盤跳線(J2～J4)的狀態來確定。模塊工作電壓為+4．5～+5．5 V。為有效節約功耗，模塊可設置為休眠狀態。

　　3 通信協議的設計

　　無線通信系統中，由于供電、空間噪聲以及傳輸路徑等因素的影響，數據傳播過程中很容易受到干擾，造成通信失敗，因而需要設計一種傳輸協議，保證在這種不可靠的物理鏈路上建立起可靠的數據連接。本系統中，數據采集器與監控計算機是一個簡單的多點對一點通信。

　　3．1 波特率設置及通信方式的選擇

　　考慮到無線射頻模塊SRWF-106自身的特點并兼顧到數據通信的速度和穩定性，本設計采用9 600 b／s。由于通信是多對一的關系，串口選擇工作方式3。

　　3．2 數據校驗方式的確定

　　使用無線通信技術傳輸數據時，很容易遇上干擾，使傳輸數據發生改變，從而導致傳輸錯誤。考慮到系統的實際要求，本設計采用8位的CRC(循環冗余校驗)校驗方式。

?? ? ? CRC校驗和的計算是一種循環計算。從數學角度看，CRC校驗和是用生成多項式(算法規則)去除一個多項式(由數據塊表示)，CRC校驗為相除后所得的余項。CRC校驗是對要傳送的一個數據塊附加一些校驗位這些校驗位(CRC校驗位)由該數據塊算出，并隨同數據塊一并傳送。在接收端，對收到的數據塊重新按規定的算法計算CRC校驗和，從而可以判別數據傳輸過程是否出錯。?

　　本系統中的CRC校驗子程序如下：

　　3．3 通信數據的編碼

　　為保證數據傳輸的可靠性和準確性，本設計采用的數據幀格式如表1所示。其中，前兩字節為起始同步信號，地址碼占用一個字節(O～255)，用它來標示不同床位號；待發數據包括：心率(1 B)、呼吸頻率(1 B)、體溫(2 B)和采集時間(7 B)；校驗碼為8位的CRC校驗碼。傳輸順序為：心率、呼吸頻率、體溫(高位在前，低位在后)、采集時間(依次為：秒、分、小時、日、月、年)；當發送應答命令時，待發數據為2 B的0xcc或者0xBB。

　　4 計算機軟件系統設計

　　在Windows操作平臺上采用可視化程序設計語言Visual Basic：設計系統的Database Server，Visual Basic是面向對象的可視化快速應用開發工具，具有功能強大、界面友好、簡便易用和代碼執行速度快等優點。該系統具有數據索引、系統設置、報表等功能。根據病人病情的不同，醫生可以制訂不同的監測標準。圖3是系統操作界面的截圖(包含部分實驗數據)。