浅谈基于云监控的智能防疫车

张浩琨 张娜 刘明凯

1.山东理工大学 计算机科学与技术学院 山东 淄博 255000

2.山东理工大学 机械设计制造及自动化学院 山东 淄博 255000

引言

近年来，随着科技的不断发展，物联网逐渐渗透到各行各业，在物联网基础上进行医疗、安全、卫生系统的改进，是大势所趋。传统医药行业中，医生护士会进行消毒、送药、检测病人体温等重复性的简单工作，需要大量人力资源进行管理。智能防疫车结合云计算、神经网络、传感器技术，使防疫车独自完成送药、消毒、检测病人体温等简单工作，并结合云平台，实时反馈给管理人员。

1 产品设计简介

本次设计主要分为硬件设计和软件设计。硬件设计主要包括了STM32F767单片机、药品监控电路、电量管理电路、语音电路、电机控制电路、电源电路、复位电路、无线通信装置的设计，软件设计主要包括服务器监控系统、App界面设计。旨在设计出一款可以远程操纵进行送药、消毒、测量病人体温路线的训练，训练完毕后根据App设置的命令自行完成相应操作的一款防疫车[1]。系统具体结构如图1所示：

图1 系统结构图

系统包括防疫车及App云疫控，其间通过wifi或蜂窝网络物联在一起，每一位病人、医生都可在App上完成账号注册，同时系统为每一位病人配备的红外遥控器用于实现对防疫车的控制，App拥有出入院记录、电子病历、送药、送餐、消毒、测量体温等体态指标、药品二维码识别等功能。创意点如下：防疫车可以通过训练熟知不同场景、不同功能的行驶轨迹；药箱、送餐盒实现物联网化功能，医生可以通过App设定每一种药箱内存放的药品，每一个病人的服药种类、时间、间隔、服药量等，时间到达后，车子将药品送到指定病床附近并开启语音引导病人服药。作品拥有避免重复用药的机制，不规范的用药会引起系统警告并发送信息给监护人；作品拥有完整的医疗送餐功能，当患者下单提供支付宝或医院的财务系统支付后会传到后台订单，车子到隔离病房门取餐送到指定床边，系统也会根据每一时间段的订单数量预测未来的订单变化，通知餐厅备餐；作品可通过App实现紫外线消毒及酒精喷雾消毒功能；作品拥有5种生命体态数据监控模块如红外温度、血氧浓度、心率脉搏等，每天通过App定时对每位病人进行数据记录，通过人脸识别与App录入的病人信息比对，将每位病人信息传送到我们的App供医生查看，超标信息会直接通过短信发送给医生[2]。

2 系统硬件设计

2.1 主控制器

系统微控制芯片选用意法半导体集团开发的STM32芯片，原因如下：STM32的发展历史悠久，主打低功耗，内含各种集成嵌入式存储器，具备嵌套矢量中断控制以及外部中断功能，其最高时钟频率可达216MHz。

2.2 通信电路的设计

无线通信模块采用Wifi、蜂窝网络通信，原因在于如今WLAN网络、移动网络受用广泛，无论在公网还是家庭网络中随处可见，且手机和设备不必在同一网域，操作简单，费用较低；另外采取单片机之间的串口通信来实现单片机之间的数据传输，保证上下机位之间命令相应的及时性；此外作品还采用GSM模块来与用户段手机通信，保证用户可以及时了解用药信息和接受用药提醒。

2.3 显示电路的设计

显示屏幕采用ALIENTEK的4.3寸LCD液晶屏，能够通过编程读取并显示寄存器中的数据，并将所需数据进行显示。系统将医药管家的用药情况以及用药信息显示在LCD屏幕上，方便用药者观察用药信息。

2.4 电源计量和休眠设计

产品采用艾锐达IM1253B电能计量模块，采用modbus RTU通信协议，自带校验位提高通信容错率，自带通讯隔离抗干扰能力强。模块可测量电压、电流、电能、功率、二氧化碳排放量、电能转化率等，被广泛用于新型电池的电量管理。作品通过下位机测量出各项指标，通过wifi模块发送到服务器，用户在App上可观察剩余电量等信息，同时可在App上设置低电量报警，低功耗设备休眠等，保障电源的正常供电[3]。

2.5 基于人工智能的Open CV图像识别设计

产品采用python编写的Open MV，内置丰富的Open CV图像处理库，通过串口连接到连有wifi模块的stm32开发板，从而达到连接云端的功能。Open MV间接与云服务器交互可实现病人识别、二维码识别、障碍物检测等多种功能。拿药物条形码识别为例，Open MV首先检测到条形码的数字信息，从而发送到服务器，服务器从数据库中查询药物的所有信息，同时反馈给下位机药物用药信息，并通过语音模块提醒到用户，实现人工智能。

2.6 生命体征采集设计

作品拥有5种生命体态数据监控模块如MLX90614ESFBAA红外温度、HKB-08B血氧浓度、MAX30102心率脉搏等，通过SPI片选与主控制器进行数据交互。每天防疫车定点对每位病人进行数据记录，通过人脸识别，将每位病人信息传送到我们的App供医生查看，超标信息会直接通过短信发送给医生。

3 系统软件设计

系统的云服务器采用的腾讯云的云服务器，物联软件通过C#进行编写，实现对下位机采集数据的云计算。云服务器通过socket监听端口，识别下位机的设备ID，与下位机进行精准通信，系统在接入时选择了MQTT通信协议，保证数据的长时间传输。用户在软件内可实现实时监测隔离病房内的温湿度，病人的体温、血氧浓度、心率等生命体态特征，防疫车上药箱内的药品余量，防疫车设置的用药时间、用药量、用药间隔、用药病人的位置，同时可以查看设备的耗电量、耗电功率、电池电量；APP可以对下位机实时进行命令控制，如开启消毒模式，设置用药，送餐，测量病人生命体态特征等系列命令，病人可自行在APP上下单订餐，支付完毕后，防疫车会根据下单信息将食物送到指定床位。APP的使用减少了医护人员重复性的工作流程，极大了提高医护效率[4]。

4 结束语

通过本次设计，系统可以实现对隔离病房内病人的自动化监护，让现代化物联设备代替传统医生护士的重复性工作成为可能，APP操作的便利性可以精准地为每一位病人服务。此款自动化的智能防疫车能有效减少医护人员的工作压力以及感染风险，极大提高了工作效率。与此同时，在未来几年之内，物联网行业大热势头是可以预见的，而机器学习功能是更深层次解放人工的大发展方向。所以对于将两者结合而又实用性很强的云疫控防疫车而言，发展前景很广阔。