基于物聯網技術的無線醫療監控系統的設計

郭 宇

（內蒙古科技大學信息工程學院，內蒙古包頭 014010）

基于物聯網技術的無線醫療監控系統的設計

郭 宇

（內蒙古科技大學信息工程學院，內蒙古包頭 014010）

隨著物聯網技術的不斷發展，該設計提出物聯網技術的無線醫療監控系統設計方案，對病人身體狀況進行實時監控以及病人定位的功能。在硬件上設計一款高精度、可攜帶的醫療傳感設備，實現物聯網環境下的數據傳感。同時提出模糊雙曲線定位算法，能夠對病人進行準確的定位。研究與實驗結果表明，系統運行穩定，在醫療方面有廣闊的應用前景。

物聯網;無線醫療監控系統;定位

的設計［J］.電視技術，2013，37（3）.

醫療監控是世界普遍關注的問題?，F有的醫療監控系統多數為有線形式，將大量的傳感設備接到病人身體上，使病人很不方便，同時監護人員必須時刻在病人身邊進行監護，記錄并觀察病情。隨著物聯網技術近年來的不斷發展，通過讓病人攜帶微型化的傳感器節點對體溫、脈搏、心跳等主要數據采集，通過無線的形式傳輸到監控中心，監控中心可以對傳輸的數據進行備份和分析。如果遇到異常的情況，可以及時進行有效的醫療救助。

本設計基于物聯網技術的無線醫療監控系統通過設計一款微型化、低功耗、可攜帶的醫療傳感節點，對血氧、脈搏和體溫三種數據進行采集。當數據采集完成后，會通過Internet上傳到監控中心，監控中心會對采集到的數據進行遠程的實時監控。設計提出模糊雙曲線定位算法比傳統的定位更精確。當病人出現異常情況，即使不在病房內，也會對病人進行準確定位，以便醫療人員及時找到病人進行救治。

1 基于物聯網技術的系統構架

物聯網通過信息傳感設備，按照規定的協議，把任何物品和互聯網連接起來，進行信息的交換和通信，以實現智能識別、定位、監控的一種網絡。物聯網的體系架構從上到下包括應用層、網絡層、感知層。

1.1 應用層

應用層會提供不同的應用服務，如環境監測、智能安防、智能家居和遠程醫療等。由于應用層的服務不同，對應的感知層的功能和網絡協調也都不相同。

1.2 網絡層

網絡層主要為信息傳輸提供載體。目前主要包括各種電信網絡、Internet和衛星網。實現了網絡層和感知層的互聯，將采集到的信息進行高效、安全可靠的傳輸。本設計網絡層采用Internet作為傳輸載體。

1.3 感知層

感知層通過RFID、無線傳感器節點等采集數據。感知層作為整個網絡體系的起點，做到與客觀事物中的“物”密切相連。

本文設計的無線傳感器節點是通過協同多跳的形式將信息匯總到關卡節點，通過Internet發送到醫療監控中心。圖1為無線醫療監控系統圖。

圖1 無線醫療監控系統圖

2 無線醫療傳感器節點設計

一般傳感器節點包括數據采集模塊、微控制器模塊、通信模塊和電源模塊。

在物聯網醫療設備上，主要的技術是保證數據信息采集的有效性和可靠性。該模塊采用的傳感器包括可變速率脈搏傳感器、高精度體溫傳感器和血氧傳感器。

2.1 可變脈搏傳感器

傳感器采用以壓電式原理采集信號，模擬信號輸出，輸出同步于脈搏波動的脈沖信號。工作電壓為3～12 V，壓強測量范圍為-50～+300 mmHg（1 mmHg=0.133 3 kPa），精度0.5%，遲滯0.5%，圖2為可變脈搏傳感器電路圖。

圖2 可變脈搏傳感器電路圖

2.2 高精度體溫傳感器

高精度體溫傳感器采用DA-02-ET1型醫用傳感器。它由傳感器、導線和接插件組成。精度優于-0.1℃～+0.1℃。溫度范圍為-30℃～+120℃，響應時間小于3 s。

2.3 血氧傳感器

血氧傳感器的外圍器件采用TB-C指壓型血氧探頭，精度為-3～+3 digit，70% ～100%SpO2;傳感器發出光線包括660 nm的紅光以及880/940 d的紅外光;存放溫度為-40℃ ～+70℃;工作溫度為+5℃ ～+40℃。

微處理器模塊采用Atmega128L作為微處理單元。該處理器具有低功耗、高性能以及可移植性強等特點。128 kbyte的系統內編程Flash，完全能夠滿足各類醫療健康護理要求。

采用TI公司的CC2420作為無線醫療設備的通信模塊，是首款符合IEEE 802.15.4協議標準的射頻器件。使用2.4 GHz頻段進行工作，此頻段是ISM頻段，是工業、科學、醫療3個主要機構使用的頻段，這個頻段對病人基本沒有任何無線輻射作用，保證可以在醫療健康護理系統安全使用。

電源模塊考慮到無線醫療傳感設備的微型化和可攜帶型，采用電池進行供電。節點采用低功耗設計，增加醫療傳感節點的使用時間。圖3為可攜帶無線醫療設備的示意圖。

圖3 可攜帶無線醫療設備的示意圖

3 醫療監控系統病人定位設計

當病人不在病房內，突然發生病情，需要對病人進行準確的定位，保證醫生及時找到病人進行治療。本設計提出了一種模糊雙曲線目標定位算法。該算法比傳統算法更能適應在噪聲不確定時，保證定位的準確性。

圖4 模糊雙曲線的模糊定位模型

設

利用模糊目標進行規劃

該算法在MATLAB軟件進行仿真設置為:節點的通信半徑為60 m，在200×200的2維存在高斯白噪聲區域內進行仿真，其中節點總數100，信標節點30，未知節點70。與經典的三邊法定位進行比較，如圖5、圖6所示，結果表明三邊定位法的誤差平均值為22.802 59 m，而模糊雙曲線定位法的誤差平均值為12.477 39 m，明顯比三邊定位法定位精確。

圖5 三邊定位法未知節點定位誤差仿真圖

4 結語

圖6 模糊雙曲線定位法未知節點定位誤差仿真圖

本設計基于物聯網技術的無線醫療監控系統，在硬件上設計一款無線醫療傳感節點，該設備在具有抗干擾能力算法，比傳統的同時還具有低功耗特點。并且提出一種模糊雙曲線定位的三邊法定位算法更為準確。經過大量的實驗測試，表明系統運行穩定，有很好的實用價值。

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Design and Realization of Wireless Medical Monitoring System Based on Internet of Things

GUO Yu

（School of Information Engineering，Inner Mongolia University of Science and Technology，Inner Mongolia Baotou 014010，China）

With the continuous development of the Internet of Things technology，a design of the Internet of Things technology wireless medical monitoring system is put forward，which achieves the functions of real-time monitoring of the patient's physical condition and patient positioning.A high-precision，portable medical sensing device is designed in the hardware.To achieve data sensing under the environment of Internet of things.At the same time，the Fuzzy hyperbolic location algorithm is raised，which can achieve accurate positioning towards the patient.Research and experimental results show that the system is stable and there are broad prospects for application in medical.

Internet of Things;wireless medical monitoring system;location

TN98

A

郭 宇（1977— ），講師，主研通信技術、物聯網技術。

責任編輯:時 雯

2012－09－05