隔离病房监控系统设计

邬春明，刘海维

（东北电力大学信息工程学院，吉林省吉林市 132012）

隔离病房监控系统设计

邬春明，刘海维

（东北电力大学信息工程学院，吉林省吉林市 132012）

为了安全、有效、便捷地采集隔离病房中的环境参数及病员体征数据，设计了基于短距离无线技术的隔离病房监控系统.系统由病房内采集节点、中继节点、监护室内监控节点3部分组成，采用AT89S52单片机作为微处理器，控制传感器进行数据实时采集并由LCD12864显示数据，通过短距离无线通信模块PTR 4000将采集到的数据传到监护室.系统具有使用方便、可靠性高等特点，适合隔离病房等对外封闭的场合使用.

隔离病房；监控；PTR 4000

随着社会的发展，传染性疾病给人们的生活带来了极大的威胁.隔离病房内采用有线方式受到布线、供电电源、安装场所、安装成本和维修等因素的限制，而且不可能保证数据的实时性、可靠性、高效性、完整性传输，限制了医生对病人身体状况的实时了解和及时救治.本设计基于短距离无线通信模块PTR 4000的隔离病房的无线监控系统，利用传感器节点对病人的体征数据和病房内的环境参数进行实时采集显示，并通过无线技术将数据传到监护室内.设计可实现一对一的数据传输，也可实现一对多的数据采集传输，并且设计中利用压电陶瓷片自制的脉搏传感器进行脉搏的测量.

1 系统整体设计

该设计主要考虑无线收发系统设计、节点采集系统设计和显示系统设计3方面的问题.此外，还需考虑电源模块的设计.

系统整体框图如图1所示.系统涉及的场所有两种，分别是隔离病房内和监控室内的系统.图1中，右边是位于隔离病房内各种参数的采集节点；左边是位于监控室内的监控管理中心，负责对传来的数据进行接收处理.如果要增加监护的距离，可在之间加中继站，还可通过卫星、光纤、GSM、GPRS等通信方式将数据传送到更远端的控制室.

图1 系统整体框图Fig.1 Block diagram of the system

2 系统硬件部分设计

2.1 供电电源设计

要保证高精度电流控制，系统本身首先要尽可能减小电源扰动.该设计对于电源电路的要求比较高，若无线模块电源达不到收发电源的要求，则无法进行收发数据.因此采用自制电源提供＋5V和＋3.3V供电.

2.2 无线通信模块的实现

系统通过PTR 4000芯片的DATA、CE、CS、CLK1、DR1和PWR六个引脚设置器件的工作模式，实现读／写缓存数据及读／写状态寄存器等功能.通过CLK1、DR1和DATA引脚状态选择通道工作为方式一，通过CS引脚状态来设置工作模式选择，微处理器的P1.2、P2.0、P1.3、P3.7、P1.0、P1.1分别与模块的PWR、DR1、CLK1、DATA、CS、CE相连［1］.无线模块与微处理器的接口连接图见图2.

2.3 数据采集模块的设计

人体温度采集采用DS18B20传感器芯片，该器件编程容易且使用方便，而室内的温湿度采集则采用SHT10传感器［2］.温度传感器的I／O接单片机的P 1.4引脚，温湿度传感器SHT 1 0的 DATA引脚接单片机的P3.2引脚，并且接一个上拉电阻与电源相连，SCK引脚接单片机的P3.2引脚.

图2 无线模块与微处理器的接口连接图Fig.2 Interface connection diagram of wireless module and microprocessor

2.4 主电路模块的实现

该设计采用自制的脉搏传感器，利用压电陶瓷片作为原始信号的采集端，以AT89S52单片机为控制器，对压电陶瓷片感知并通过放大、滤波等处理的人体脉搏信号进行控制，最终实现脉搏次数的测量，并且能绘制出人体脉搏跳动的图像.但考虑到传感器采集到的原始脉搏信号非常微弱，为了实现对信号的量化及复杂的分析处理，必须先对其进行放大、滤波及AD转换［3］.脉搏传感器设计的主要电路原理图如图3所示.

图3 脉搏设计原理图Fig.3 Design schematic of pulse sensor

2.5 报警电路设计

病人的体征参数都有一个固定的范围，超过此范围认为身体状况不佳，需要进行检查处理.要求系统必须能够及时地发现和监测到病人身体体征参数的变化，并且通知监护室值守人员，所以在接收节点必须要有报警电路.该部分电路主要是驱动一个蜂鸣器，蜂鸣器一端接地，另一端则需要与单片机相连.考虑到AT89S52的驱动能力，需要在单片机和蜂鸣器之间加一个功率放大电路.报警器电路图如图4所示.

图4 报警器电路图Fig.4 Circuit of alarm

3 系统软件部分设计

3.1 病房内采集节点模块设计

病房内采集节点程序设计中，首先通过单片机对传感器操作，进行采集数据，之后通过单片机对LCD操作以显示当前数据，最后通过单片机对无线通信模块操作，将采集的数据发送给监控室内的监护人员［4］.病房内采集节点程序流程图如图5所示.

图5 病房内采集节点程序流程图Fig.5 Flow chart of program of acquisition node in ward

3.2 监控室节点主程序流程

监控室节点负责整个网络的协调和通信，并且对病房内传来的数据进行分析、处理、显示.主程序流程图如图6所示.

图6 监控室节点主程序流程图Fig.6 Flow chart of the main program of the node in monitor room

3.3 无线通信模块软件设计

无线通信模块采用PTR 4000，编程时首先对单片机上电初始化，再通过单片机向无线模块中写命令控制字，PTR 4000上电进入待机状态，之后再通过单片机向无线模块中写命令控制字，将其配置为发送或者接受模式，最后往寄存器中装入要发送的数据，调用发送数据函数［5］.程序流程图如图7所示.

4 结 语

隔离病房监控系统将现在发展前景比较好的无线技术与传感器技术相结合，融合了目前流行的AT89S52系列单片机微处理器技术以及基于PTR 4000的无线模块技术芯片.现已基本完成该系统的软、硬件设计及实物硬件电路制作，克服了人工或者有线方式对隔离病房数据采集的弊端，实现了对病房内的环境参数和病人的体征数据的实时性采集和传输，具有良好的推广前景.

［1］王博，李迅，马宏绪.基于nRF2401的无线数据传输系统［J］.电子工程师，2004，30（8）：17-20.

［2］李志强，黄顺，郭华新.基于SHT10的数字温度计设计［J］.广西轻工业，2007（10）：35-36.

［3］刘吉美，周宁宁.ADC0809作为计算机内存的工作方式［J］.科技信息，2007（20）：98-99.

［4］吴国宏.新型温湿度传感器SHT10的原理及应用［J］.单片机与嵌入式系统应用，2009（4）：52-54.

［5］陈丽娟，常丹华.基于nRF2401芯片的无线数据通信［J］.电子器件，2006，29（1）：248-250.

Design of Isolation Ward Monitoring System

WU Chunming，LIU Haiwei

（Electrical Engineering College，Northeast Dianli University，Jilin 132012，China）

In order to collect the environmental parameters in the isolation ward and the patient＇s signs data safely，effectively，and conveniently，an isolation ward monitoring system based on the shortrange wireless technology is designed.The system consists of three parts：the wards collecting node，relay node，and the monitoring node in care unit；as a microprocessor，AT89S52MCU controls sensors for real-time data acquisition；the data will be displayed by LCD12864，and then be spread to the intensive care unit through the short-range wireless communication module PTR 4000.The system is easy to use，and has high reliability，which is suitable for use in the occasions closed to the outside，such as isolation ward.

isolation ward；monitoring；PTR 4000

TN 98

A

1008-9225（2012）03-0056-04

2011-12-05

邬春明（1966-），男，吉林省吉林市人，东北电力大学副教授，硕士生导师.

刘乃义】