基于物聯網的病案庫房遠程監控系統研究

馮鈺寧 邢華奎 馮毅

第一作者簡介：馮鈺寧（1994-），女，病案信息技師。研究方向為病案管理、病案信息學、醫學統計學等。

*通信作者：邢華奎（1993-），男，安全工程碩士，注冊安全工程師。研究方向為實驗室安全監控與安全管理。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.12.014

摘? 要：研發一個基于物聯網的病案庫房遠程監控系統，使病案工作人員通過電腦或手機就可以遠程監控病案庫房的煙感、濕度、溫度和滲水等實時運行參數及視頻，并能收到庫房異常報警，可降低人為疏忽及庫房設備失效導致病案損害的風險。采用物聯網云平臺+ PLC相結合的方式，構建遠程監控系統，且建立試驗系統進行實驗驗證。實驗證明，遠程監控系統數據傳輸穩定，視頻清晰，報警靈敏，電腦或手機顯示簡單明了，可減輕有關人員工作壓力，對提高工作效率有較大幫助。

關鍵詞：病案庫房；病案儲存；物聯網；PLC；遠程監控

中圖分類號：TP273? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）12-0059-04

Abstract： A remote monitoring system for medical record storage warehouses based on the IoT will be developed， so that the medical record staff can remotely view the real time operating parameters and videos such as smoke， humidity， temperature， water seepage in the medical record warehouse with a computer or mobile phone through the system， and can receive alarm messages， too. The risk of medical record damage caused by human negligence or warehouse equipment failure will be reduced. The remote monitoring system consists of IoT cloud platform and PLC. An experimental system is built for experimental verification. The experiment has proven that the remote monitoring system has stable data transmission， clear video， sensitive alarms， and clear computer or mobile display， which can reduce the work pressure of the relevant personnel and improve the work efficiency.

Keywords： medical record warehouse; medical record storage; Internet of Things; PLC; remote monitoring

病案是記錄患者疾病信息及治療過程的檔案，《醫療機構病歷管理規定》要求患者住院病案保存時間不少于30 a?！吨腥A人民共和國民法典》規定醫院不得遺失或違法銷毀患者病案。處于城市中心的三甲醫院，每年住院人數一般有十幾萬人次，病案數量龐大，醫院常把病案異地儲存或者外包給第三方公司保存。病案庫房需要防火防災，保持適當的溫度與濕度，為確保病案安全醫院會定期派人去庫房監督檢查。由于病案科室人員工作繁忙[1]，定期外出監督檢查病案庫房是一項艱難的工作。文獻[2-3]認為采用信息化管理手段，可以提高病案管理效率及水平。因此，本文擬研發一個基于物聯網的遠程監控系統，可以在醫院辦公室電腦或者手機遠程實時監控病案庫房的煙感、濕度、溫度、地板浸水、墻面天花板滲水及觀看庫房實時視頻，并具有數據儲存、數據異常報警功能。這樣的系統，是病案信息化智能化管理的一個構成部分。

遠程監控系統多種多樣，有些是純視頻監控[4]，有些是純數據監控[5]，有些是數據與視頻一起監控[6]，使用目的與條件不同，研發思路及采用的器件有較大差別。本文擬研發的系統，用于病案庫房安全監控，連續工作，傳感器需要符合檔案館消防要求，整個系統可靠性要高，不但要遠傳視頻，而且要同時遠傳及自動處理現場數據、識別危險信號并報警，例如病案庫房溫度、濕度、煙感及其超限報警等，這就要用到模/數（A/D）轉換技術，構成相對復雜。鑒于以上特性，本文擬采用物聯網云平臺+可編程序控制器PLC相結合的方式，構建遠程監控系統。

1? 監控系統硬件組成原理

這里設計一個高可靠性而運行維護成本低的數據及視頻遠程監控系統，如圖1所示。病案庫房安裝有一個或多個溫度傳感器、煙霧傳感器、濕度傳感器、地板浸水傳感器和網絡高清攝像頭，以及一個戶外雨雪傳感器。所有傳感器測量信號傳輸到庫房外的可編程序控制器PLC。PLC對輸入信號中的模擬信號進行A/D轉換，然后與輸入信號中的開關量信號一起進行邏輯運算分析，運算結果以標準數據格式送到物聯網數據采集智能網關，該網關通過互聯網把數據上傳至物聯網云平臺服務器。高清攝像頭的圖像通過互聯網互聯到本系統的物聯網云平臺。作為用戶的醫院，只要在辦公室或值班室電腦登錄云平臺，或者在工作人員手機安裝小程序，就可以查看病案庫房的實時溫度、濕度、煙感等信號及庫房現場視頻，并可接收報警信息，也可以查看庫房外是否下雨或下雪，判斷庫房墻壁、天花板是否滲水，并且能儲存庫房監控數據。

圖1? 病案庫房遠程實時監控系統構成圖

本監控系統高可靠性主要是由可編程序控制器PLC及其他部件保證的。PLC是工業級可編程序控制器，無轉動部件，可連續工作，對工作環境要求低，可靠性極高。運行維護成本低主要依賴于器件的高可靠性及物聯網云平臺的通用性及普及性。

2? 試驗監控系統的建立

為了驗證前述監控系統的可行性，建立一個試驗系統。因為是試驗系統，同類型信號選擇1～2個傳感器即可。所以，本試驗系統中，溫度測量選擇1個溫度傳感器，開關信號選擇1個煙感傳感器及1個浸水傳感器，模擬量信號選擇1個濕度傳感器，攝像頭選擇1個網路高清攝像頭。這里均選擇有線傳感器，且每個傳感器只具有單一功能，以降低電磁相互干擾，提高監控可靠性。雨雪傳感器的輸出信號與煙感傳感器是同類，本試驗省略不計。

2.1? 硬件的選擇與連接

溫度傳感器選擇PT100熱電阻，其測量范圍及精度符合庫房要求，采用三線制接法以提高穩定性。庫房空氣濕度傳感器選用濕敏電阻型傳感器，工作電壓+5 V，輸出信號0～+3 V模擬信號。煙霧傳感器與地板浸水傳感器屬于開關型信號，選用有線聯網型，輸出信號是開關信號（1/0）。攝像頭選用高清互聯網攝像頭，可以直接把圖像信號上傳到攝像頭生產廠家的云平臺，通過適當設置IP地址就可以互聯到本系統的物聯網云平臺。

可編程序控制器PLC系統一般包括PLC主機、開關量模塊、特殊功能模塊及程序。國內常用的PLC系統有西門子、三菱、施耐德、臺達、匯川、永宏和松下等。本試驗系統選用臺達可編程序控制器PLC主機1臺，此主機包含開關量模塊，選擇測溫模塊04PT及A/D轉換模04AD塊各1塊，PLC主機、測溫模塊及A/D轉換模塊組裝在一起即可。如果病案庫房很大，需要測量的溫度點或濕度點較多，允許采用多個測溫模塊、多個A/D轉換模塊拼接在一起使用。

本試驗系統的服務器及物聯網云平臺，則從第三方公司租借，優點是便捷、可靠性高且費用較低。根據所選用的物聯網云平臺特性，試驗中選用特定型號的物聯網數據采集智能網關，以滿足軟件與硬件的兼容性。該網關的互聯網端口LAN/WAN是共用的，主要參數見表1。

表1? 物聯網數據采集智能網關主要參數

可編程序控制器PLC系統與傳感器之間必須連接正確，才能讀取庫房的溫度、濕度、煙感等信號，一般情況下依照PLC的使用說明書連接即可。本試驗系統的熱電阻、濕度傳感器接法相對復雜，這里給出接法圖，如圖2所示。熱電阻PT100采用三線制接法，接到特殊功能模塊04PT-E2，濕度傳感器采用二線制接法，接到特殊功能模塊04AD-E2。煙感傳感器、地面浸水傳感器是開關信號，依次接到PLC主機的輸入通道儲存器X0與X1即可，物理報警燈信號則從Y0、Y1與Y2通道輸出，用于驅動物理警燈閃爍，如圖3所示。所有信號電纜均有金屬屏蔽層，隔離電磁干擾，防止信號失真。

圖2? PT00、濕度傳感器與PLC系統的接線

圖3? 試驗監控系統PLC安裝簡圖

可編程序控制器PLC主機與物聯網數據采集智能網關的連接采用串口RS232，接線對應關系見表2。

表2? 遠程數據網關與PLC接線關系

2.2? PLC程序的編寫

PLC程序是監控系統的核心及靈魂，正確編寫程序并上傳到PLC中運行，才能實現數據采集、運算、邏輯推理和異常信號識別并報警等功能。各個品牌PLC的程序編寫方法略有不同，但基本原則是相同的，一般有梯形圖或指令表2種形式。

本試驗系統采用梯形圖編程，程序包括儲存器初始化、數據采集、A/D轉換、運算、邏輯判斷和信號輸出等內容。部分梯形圖程序如圖4所示，這段程序是定義數據采集通道，讀取溫度傳感器及濕度傳感器數據。通過運行這段程序，溫度數據、濕度數據就分別轉移到PLC數據儲存器D10與D20中。這里要注意的是，PLC程序與PLC各部件、各測量傳感器的組裝順序有關，這段程序對應的PLC系統組裝順序是：模塊04PT-E2緊貼PLC主機安裝，模塊04AD-E2緊貼04PT-E2安裝，如圖3所示，拼裝順序變了，程序就要做相應改動。

2.3? 物聯網數據采集智能網關、PLC、電腦通信參數設置

PLC與網關要進行合適的參數設置，才能使兩者之間實現數據交換，PLC測得的數據才能通過網關上傳到物聯網云平臺，供遠端計算機、手機訪問。不同的PLC及網關設置方法略有不同，但基本過程是一樣的。

對網關設置以下參數：①明確關聯PLC的型號，即DVP，ASCII碼；②添加待測變量及儲存地址，即溫度、濕度、煙感數據儲存器地址；③串口通信波特率，這里取9 600。

對PLC的設置，主要明確通信端口是COM1，通信波特率必須與網關一樣，設置為9 600。這樣就可以實現PLC與網關的數據交換。

電腦通信的設置過程如下：首先要在租借的云平臺注冊賬號及密碼，下載 XXXConfig軟件，并安裝至電腦，然后輸入網關型號，設置網關IP地址及電腦地址在同一個網段。本試驗系統網關IP設置為192.168.10.100，電腦IP設置為192.168.10.10，這樣電腦就可以訪問網關。

圖4? 部分PLC數據采集主要程序

2.4? 用戶計算機HMI建立、數據儲存、報警設置及視頻上傳

把物聯網數據采集智能網關的WAN口接入外網，使用計算機憑密碼賬號登錄訪問云平臺。根據云平臺提供的框架程序，設計編寫用戶人機界面HMI，讓監控數據按用戶要求在計算機顯示器有序、直觀顯示出來，并具有一定的美觀性。程序中可根據實際情況定義數據存儲時間間隔，本試驗系統規定每10 s鐘儲存一次數據，設置超限報警燈的啟動閥值，設定接收報警短信的手機號碼。視頻的接入則是通過設置攝像頭的地址互聯實現：第一步登錄攝像頭廠家云平臺，找到攝像頭的播放地址并復制，第二步登陸本試驗云平臺，把攝像頭地址粘貼到視頻監控位置，第三步把PLC數據采集程序、相關參數設置及計算機顯示器組態程序上傳至網關及云平臺。

2.5? 手機端監控的實現

本試驗系統使用的物聯網云平臺附帶有手機小程序，只要用戶手機安裝此小程序并綁定手機號碼，即可看到與電腦一樣的監控畫面及庫房視頻。

3? 試驗結果

給試驗系統上電，電腦用戶憑賬號登錄訪問云平臺，手機用戶憑密碼打開小程序，選擇“病案庫房監控”選項，就可以在電腦上或手機上看到病案庫房溫度、濕度、煙感和浸水等實時數據、現場視頻及3個報警燈，如圖5所示，數據正常報警燈常綠，數據超限報警燈會變紅色且閃爍，且所有信息在同一界面顯示，無須翻屏，簡單明了，實用性強。圖6展示的是庫房溫度歷史儲存數據曲線，該曲線覆蓋的時間長度可以根據需要設定，圖中設定數據時間長度為3 d（5月30日至6月1日）。圖7是手機收到的庫房地板浸水報警短信（人為讓浸水傳感器觸發），如果煙霧、溫度超限，系統也會發出報警短信。

關于濕度超限報警，在PLC程序中編寫有一段邏輯判斷濕度超限的程序，如果庫房濕度長時間連續保持較高的數值，說明有可能是庫房墻壁或天花板滲水，系統會自動發出濕度超限報警短信息，這時需要派人到現場核實。如果是短時間且局部位置濕度超限，可能是工作人員開門進入庫房造成的，系統不會報警，但是會有記錄供事后查閱。

測試持續了約3個月，數據傳輸穩定，視頻清晰且沒有明顯滯后，報警通暢。無論用戶距離庫房有多遠，只要有網線或者有手機，就可以看到病案庫房的實時數據及視頻。

圖5? 監控畫面

圖6? 庫房溫度變化曲線

圖7? 手機收到的報警信號

4? 結論

通過試驗測試，本文提出的病案庫房物聯網遠程監控系統切實可行，可強化庫房監督管理，可提高庫房管理方、委托方等有關人員的責任心，降低人為疏忽及庫房設備失效導致病案損害的風險，病案儲存變得更安全。因為隨時隨地可以看到庫房實時情況，所以可減輕有關各方的工作壓力，對提高工作效率有較大幫助。期望本文所做的工作對檔案管理智慧化有參考意義，對智慧醫院[7]建設有幫助。本試驗是租用第三方物聯網云平臺及服務器，優點是首次投入費用少，組網快，不用聘請物聯網維護專業人員。有條件的醫院或檔案管理單位也可以自己采購服務器及相應的軟件，組建完全獨立的系統，或者采用中控大屏幕實時動態顯示。

參考文獻：

[1] 任田，周磊，任媛媛，等.成都市131所醫療機構病案科室運營管理現況調查[J].中國病案，2023，24（2）：1-4.

[2] 李巍，付凌雨.信息化病案管理在醫療建設中的問題及對策[J].中國病案，2020，21（4）：3-5.

[3] 潘紅秀.信息化技術在提高中醫院病案管理效率與管理質量中的作用[J].中醫藥管理雜志，2022，30（19）：187-189.

[4] 楊聚加，段然.智慧視頻監控在智慧醫院建設中的設計與應用[J].重慶醫學，2022，51（5）：863-867.

[5] 楊豪.無人值守的新一代天氣雷達遠程監控系統設計和實現[D].寧波：寧波大學，2019.

[6] 梁棟.基于PLC的溫室遠程監控系統設計[D].保定：河北農業大學，2019.

[7] BARROW M， RESTUCCIA F， GOBULUKOGLU M， et al. A remote control system for emergency ventilators during SARS-CoV-2[J]. IEEE Embedded Systems Letters， 2022，14（1）：43-46.