基于物联网技术的无线医疗监控系统的设计

郭 宇

（内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古包头 014010）

基于物联网技术的无线医疗监控系统的设计

郭 宇

（内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古包头 014010）

随着物联网技术的不断发展，该设计提出物联网技术的无线医疗监控系统设计方案，对病人身体状况进行实时监控以及病人定位的功能。在硬件上设计一款高精度、可携带的医疗传感设备，实现物联网环境下的数据传感。同时提出模糊双曲线定位算法，能够对病人进行准确的定位。研究与实验结果表明，系统运行稳定，在医疗方面有广阔的应用前景。

物联网;无线医疗监控系统;定位

的设计［J］.电视技术，2013，37（3）.

医疗监控是世界普遍关注的问题。现有的医疗监控系统多数为有线形式，将大量的传感设备接到病人身体上，使病人很不方便，同时监护人员必须时刻在病人身边进行监护，记录并观察病情。随着物联网技术近年来的不断发展，通过让病人携带微型化的传感器节点对体温、脉搏、心跳等主要数据采集，通过无线的形式传输到监控中心，监控中心可以对传输的数据进行备份和分析。如果遇到异常的情况，可以及时进行有效的医疗救助。

本设计基于物联网技术的无线医疗监控系统通过设计一款微型化、低功耗、可携带的医疗传感节点，对血氧、脉搏和体温三种数据进行采集。当数据采集完成后，会通过Internet上传到监控中心，监控中心会对采集到的数据进行远程的实时监控。设计提出模糊双曲线定位算法比传统的定位更精确。当病人出现异常情况，即使不在病房内，也会对病人进行准确定位，以便医疗人员及时找到病人进行救治。

1 基于物联网技术的系统构架

物联网通过信息传感设备，按照规定的协议，把任何物品和互联网连接起来，进行信息的交换和通信，以实现智能识别、定位、监控的一种网络。物联网的体系架构从上到下包括应用层、网络层、感知层。

1.1 应用层

应用层会提供不同的应用服务，如环境监测、智能安防、智能家居和远程医疗等。由于应用层的服务不同，对应的感知层的功能和网络协调也都不相同。

1.2 网络层

网络层主要为信息传输提供载体。目前主要包括各种电信网络、Internet和卫星网。实现了网络层和感知层的互联，将采集到的信息进行高效、安全可靠的传输。本设计网络层采用Internet作为传输载体。

1.3 感知层

感知层通过RFID、无线传感器节点等采集数据。感知层作为整个网络体系的起点，做到与客观事物中的“物”密切相连。

本文设计的无线传感器节点是通过协同多跳的形式将信息汇总到关卡节点，通过Internet发送到医疗监控中心。图1为无线医疗监控系统图。

图1 无线医疗监控系统图

2 无线医疗传感器节点设计

一般传感器节点包括数据采集模块、微控制器模块、通信模块和电源模块。

在物联网医疗设备上，主要的技术是保证数据信息采集的有效性和可靠性。该模块采用的传感器包括可变速率脉搏传感器、高精度体温传感器和血氧传感器。

2.1 可变脉搏传感器

传感器采用以压电式原理采集信号，模拟信号输出，输出同步于脉搏波动的脉冲信号。工作电压为3～12 V，压强测量范围为-50～+300 mmHg（1 mmHg=0.133 3 kPa），精度0.5%，迟滞0.5%，图2为可变脉搏传感器电路图。

图2 可变脉搏传感器电路图

2.2 高精度体温传感器

高精度体温传感器采用DA-02-ET1型医用传感器。它由传感器、导线和接插件组成。精度优于-0.1℃～+0.1℃。温度范围为-30℃～+120℃，响应时间小于3 s。

2.3 血氧传感器

血氧传感器的外围器件采用TB-C指压型血氧探头，精度为-3～+3 digit，70% ～100%SpO2;传感器发出光线包括660 nm的红光以及880/940 d的红外光;存放温度为-40℃ ～+70℃;工作温度为+5℃ ～+40℃。

微处理器模块采用Atmega128L作为微处理单元。该处理器具有低功耗、高性能以及可移植性强等特点。128 kbyte的系统内编程Flash，完全能够满足各类医疗健康护理要求。

采用TI公司的CC2420作为无线医疗设备的通信模块，是首款符合IEEE 802.15.4协议标准的射频器件。使用2.4 GHz频段进行工作，此频段是ISM频段，是工业、科学、医疗3个主要机构使用的频段，这个频段对病人基本没有任何无线辐射作用，保证可以在医疗健康护理系统安全使用。

电源模块考虑到无线医疗传感设备的微型化和可携带型，采用电池进行供电。节点采用低功耗设计，增加医疗传感节点的使用时间。图3为可携带无线医疗设备的示意图。

图3 可携带无线医疗设备的示意图

3 医疗监控系统病人定位设计

当病人不在病房内，突然发生病情，需要对病人进行准确的定位，保证医生及时找到病人进行治疗。本设计提出了一种模糊双曲线目标定位算法。该算法比传统算法更能适应在噪声不确定时，保证定位的准确性。

图4 模糊双曲线的模糊定位模型

设

利用模糊目标进行规划

该算法在MATLAB软件进行仿真设置为:节点的通信半径为60 m，在200×200的2维存在高斯白噪声区域内进行仿真，其中节点总数100，信标节点30，未知节点70。与经典的三边法定位进行比较，如图5、图6所示，结果表明三边定位法的误差平均值为22.802 59 m，而模糊双曲线定位法的误差平均值为12.477 39 m，明显比三边定位法定位精确。

图5 三边定位法未知节点定位误差仿真图

4 结语

图6 模糊双曲线定位法未知节点定位误差仿真图

本设计基于物联网技术的无线医疗监控系统，在硬件上设计一款无线医疗传感节点，该设备在具有抗干扰能力算法，比传统的同时还具有低功耗特点。并且提出一种模糊双曲线定位的三边法定位算法更为准确。经过大量的实验测试，表明系统运行稳定，有很好的实用价值。

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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— ），讲师，主研通信技术、物联网技术。

责任编辑:时 雯

2012－09－05