基于物聯(lián)網(wǎng)的病房智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)

華月 王家琦 余鵬 王江徽

摘要：研究表明，建設(shè)與應(yīng)用智能遠程醫(yī)療平臺是提高醫(yī)療衛(wèi)生資源配置利用率的重要手段，也是變革現(xiàn)有醫(yī)療服務(wù)模式的有效工具。物聯(lián)網(wǎng)病房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是一種應(yīng)用于醫(yī)院病房用來遠程實時監(jiān)控病房環(huán)境的專用系統(tǒng)，基于物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層制作。感知層自動采集病房環(huán)境參數(shù)，利用ESP8266 WIFI模塊遠程將環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器上。醫(yī)務(wù)人員可通過移動終端系統(tǒng)查詢病房環(huán)境參數(shù)并進行環(huán)境監(jiān)控。實踐表明，該系統(tǒng)對提高醫(yī)院護理水平，加快醫(yī)院運作的現(xiàn)代化管理進程，具有可靠的使用價值。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);Android App技術(shù);WIFI傳輸協(xié)議;病房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）28-0061-03

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

未來5-10年醫(yī)院信息化建設(shè)的應(yīng)用發(fā)展要求在國家衛(wèi)健委最新發(fā)布的《關(guān)于印發(fā)全國醫(yī)院信息化建設(shè)標準與規(guī)范（試行）的通知》這一文件中被提出。文件中明確了醫(yī)院信息化的建設(shè)要求及內(nèi)容，指明二級及以上醫(yī)院需要從軟硬件、新興技術(shù)應(yīng)用等方面建設(shè)覆蓋醫(yī)院主要業(yè)務(wù)的信息化系統(tǒng)，滿足醫(yī)院臨床業(yè)務(wù)、醫(yī)院管理等工作需求，規(guī)范做好醫(yī)院信息化建設(shè)。

傳統(tǒng)醫(yī)療模式的弊端導致了一系列醫(yī)療混亂問題，從而引發(fā)了醫(yī)院對傳統(tǒng)醫(yī)療模式的改革需求。信息化和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，改變了醫(yī)院的服務(wù)理念和方式，為醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用拓展提供了十分廣闊的空間，整個醫(yī)療行業(yè)進入一個革新的時代。利用計算機和網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代科學技術(shù)的先進成果，改善傳統(tǒng)病房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)勢在必行。智能化的醫(yī)院病房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)將在住院患者，尤其是危重病人的康復過程中起重要作用。醫(yī)護人員可通過病房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)隨時獲取病人基本健康狀況，監(jiān)測病房內(nèi)環(huán)境情況并做出細微調(diào)節(jié)，這將進一步改善醫(yī)院病房的服務(wù)環(huán)境，加快醫(yī)院運作的現(xiàn)代化管理進程。

本系統(tǒng)是應(yīng)時而生的基于物聯(lián)網(wǎng)的病房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)[1]，由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層組成。醫(yī)護人員可以通過本系統(tǒng)及時了解病房內(nèi)環(huán)境相關(guān)信息和患者基本健康狀況。實踐結(jié)果顯示，該系統(tǒng)可實現(xiàn)病患身體基本信息狀況的實時獲取和記錄，同時還可實時監(jiān)測到病房內(nèi)的環(huán)境情況，此系統(tǒng)具有相對可靠的使用價值。醫(yī)院可通過此系統(tǒng)進一步改善住院患者的居住環(huán)境，提高醫(yī)院護理水平，改進醫(yī)院環(huán)境管理及運營模式，促進醫(yī)院信息化建設(shè)。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)病房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三層體系結(jié)構(gòu)為依據(jù)[2]，感知層部分主要由溫濕度傳感器和空氣質(zhì)量傳感器組成，實時監(jiān)控病房環(huán)境數(shù)據(jù);網(wǎng)絡(luò)層由ESP8266 WiFi[3] 網(wǎng)絡(luò)模塊與位于底層的感知層相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，將大量感知到的信息傳遞給應(yīng)用層;應(yīng)用層由移動App、云端數(shù)據(jù)庫和微信小程序組成，將病房實時數(shù)據(jù)可視化顯示。醫(yī)護人員成功完成身份識別后，可通過移動App實時獲取病房環(huán)境數(shù)據(jù)，當病房環(huán)境變量（溫濕度數(shù)值、空氣質(zhì)量指數(shù)）達到設(shè)置閾值時，蜂鳴器與 LED 燈會根據(jù)程序設(shè)置的對應(yīng)場景情況及時反饋給醫(yī)護人員并進行報警，此時用戶可以通過移動終端的獨立按鍵遠程控制繼電器外接設(shè)備開關(guān)，實現(xiàn)對病房環(huán)境變量（溫濕度數(shù)值、空氣質(zhì)量指數(shù)）的調(diào)整，以達到合適的范圍，為病人提供舒適的病房環(huán)境，減少病人家屬和醫(yī)護人員的工作量。同時云端數(shù)據(jù)庫可以接收App上的數(shù)據(jù)，對實時病房環(huán)境數(shù)據(jù)進行可視化展示。整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 三層構(gòu)架體系

2.1 感知層

感知層是此系統(tǒng)實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)全面感知的核心部分，主要完成醫(yī)院病房環(huán)境參數(shù)信息的采集與顯示。感知層主要由DHT11溫濕度傳感器和MQ-2空氣質(zhì)量檢測傳感器組成，如圖2所示。

感知層由DHT11溫濕度傳感器采集病房環(huán)境溫濕度，MQ-2空氣質(zhì)量檢測傳感器檢測病房空氣質(zhì)量，以STC89C51作為主控芯片，搭載多個電路，通過LCD1602液晶顯示屏[4]實時顯示病房環(huán)境的實時信息。此系統(tǒng)在設(shè)計時提供了三種不同環(huán)境異常下的報警處理方案，便于醫(yī)護人員及時發(fā)現(xiàn)異常并進行相應(yīng)的處理：當病房溫度超出或低于設(shè)置閾值時蜂鳴器報警，紅色的LED燈亮;當病房濕度超出或低于設(shè)置閾值時蜂鳴器報警，綠色的LED燈亮;當病房空氣質(zhì)量不達標時蜂鳴器報警，黃色的LED燈亮。本系統(tǒng)提供四個獨立按鍵，能正?？刂评^電器和設(shè)置閾值以及復位，醫(yī)護人員可通過獨立按鍵來調(diào)節(jié)測量的病房環(huán)境實時溫濕度數(shù)據(jù)和空氣質(zhì)量指標的閾值范圍，同時繼電器可以連接一些外設(shè)，通過WIFI模塊實現(xiàn)移動App對繼電器的遠程控制，從而實現(xiàn)對病房環(huán)境的調(diào)整，達到適宜病人休養(yǎng)的病房環(huán)境 。硬件框圖如圖3所示。

2.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層處理的是感知層在一定范圍內(nèi)所獲得的病房環(huán)境實時數(shù)據(jù)，由ESP8266 WIFI模塊（如圖4所示）和TCP協(xié)議的socket編程[5]組成。通過單片機的復位鍵讀取單片機的IP地址和端口號Port，輸入IP地址和端口號連接單片機。單片機上的WIFI模塊能建立實時信息傳輸通道，通過socket連接將環(huán)境數(shù)據(jù)傳遞給應(yīng)用層的移動終端，通過函數(shù)BufferedReader（）接收數(shù)據(jù)，再通過函數(shù)putString（）將數(shù)據(jù)顯示。醫(yī)護人員登錄點擊相應(yīng)按鈕，觸發(fā)手機端通過函數(shù)向單片機WIFI模塊發(fā)送數(shù)據(jù)指令， WIFI模塊接收該指令，按照單片機內(nèi)部事先寫入的程序做出處理，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線通信[6]，構(gòu)成完整的物聯(lián)網(wǎng)綜合系統(tǒng)。

2.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要是處理感知到的病房環(huán)境實時數(shù)據(jù)，由移動App、云端數(shù)據(jù)庫和微信小程序組成。該平臺是在Android studio環(huán)境下搭建實現(xiàn)。在連接網(wǎng)絡(luò)的情況下，醫(yī)護人員成功完成身份識別后，打開App進入用戶操作界面。輸入IP號和端口號，點擊連接按鈕與下位機建立連接，若連接成功，則會顯示“已成功連接！”。點擊“環(huán)境監(jiān)測”按鈕，進入“實時環(huán)境度監(jiān)測”，可觀察到病房當前的溫濕度曲線，溫濕度數(shù)值，空氣質(zhì)量優(yōu)劣等。此界面另有四個繼電器按鈕，可控制繼電器的打開和關(guān)閉，遠程控制外接設(shè)備的開關(guān)，實現(xiàn)對病房環(huán)境情況的改善，便于醫(yī)護人員操作。結(jié)束后可退出界面，關(guān)閉軟件即可。如圖5所示。同時云端數(shù)據(jù)庫可以接收App上的數(shù)據(jù)并進行可視化展示，醫(yī)護人員可通過平臺實時監(jiān)控病房環(huán)境數(shù)據(jù)并對一段時間內(nèi)的病房環(huán)境情況做出相應(yīng)的評估，以達到建設(shè)更高標準醫(yī)院病房環(huán)境的目標，為病人提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，真正做到以病人為核心的新時代醫(yī)院服務(wù)標準。

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用目前飛速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在充分研究單片機技術(shù)、WIFI傳輸協(xié)議的基礎(chǔ)上，利用多種傳感器增加采集到的數(shù)據(jù)信息，提供更加全面詳細的病房實時環(huán)境數(shù)據(jù)，使用ESP8266 WiFi 網(wǎng)絡(luò)模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時傳輸，并利用云端數(shù)據(jù)庫對病房實時數(shù)據(jù)進行存儲，移動App對病房環(huán)境進行實時監(jiān)控和調(diào)節(jié)，設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)院病房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。實際測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，感知層設(shè)備體積小易于放置，運行速度快、反應(yīng)時間短，并能從云端獲取病房環(huán)境實時情況和通過移動App遠程控制繼電器以達到改善病房環(huán)境的目的，實現(xiàn)對病房環(huán)境的遠程實時監(jiān)控和維護，時刻給住院患者安全舒適的居住環(huán)境，同時對提高醫(yī)院護理水平，加快醫(yī)院運作的現(xiàn)代化管理進程，減輕醫(yī)護人員和病人家屬的工作量具有較高的實用價值。

參考文獻：

[1] 王家琦，李家良，王江徽，等.基于CDIO的《物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療開發(fā)與實訓》項目教學法研究[J].電腦知識與技術(shù)，2020，16（11）：170-171，173.

[2] 趙靜，麻名蕊，宋振.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安全防護系統(tǒng)設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（5）：216-217.

[3] 張琥石，林偉龍，楊發(fā)柱，等.基于ESP8266 WiFi 模塊的物聯(lián)網(wǎng)體溫監(jiān)測系統(tǒng)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2020，10（12）：32-35.

[4] 李嘉寧，成丹，董璐，等.基于STC89C51單片機的智能殺菌除臭鞋柜設(shè)計[J].電子世界，2021（2）：151-153.

[5] 陳庭峰.基于Sockets通信的臨床設(shè)備監(jiān)控的設(shè)計實現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù)，2020，16（28）：56-57，64.

[6] 朱自強，姜作喜，彭巍巍.基于LoRa技術(shù)的遠程無線通信方案的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子世界，2020（24）：162-163.

【通聯(lián)編輯：梁書】