《自动化与仪器仪表）２０１６年第ｌＯ期（总第２０４期） 基于物联网的慢性病监护系统设计 郭静 ，樊虎杰 （１．陕西国际商贸学院陕西西安，７１２０４６）； （２．陕西科技大学陕西西安，７１００２１） 摘要：物联网、移动医疗等概念的出现，为慢性病监护的自动化与智能化提供了技术依据。本文依托ＲＦＩＤ射频识别技术 和无线网络技术，设计了基于物联网的慢性病监护系统，具体研究了系统整体架构、ＧＰＳ定位、心电数据预处理与心电诊断设 计，对无线数据传感采集系统的软硬件设计进行了详细分析，最终实现了对慢性病病人位置的跟踪，病情诊断及实时监护。 关键词：物联网；慢性病；监护系统 中图分类号：ＴＰ２７４；ＴＰ３１１．１３ 文献标识码：Ｂ ＤＯＩ编码：１０．１４０１６／ｊ．ｃｎｋｉ．１００１—９２２７．２０１６．１０．１１９ Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｔｈｅ ｅｍｅｒｇｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ Ｉｎｔｅｍｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ ａｎｄ ｍｏｂｉｌｅ ｍｅｄｉｃａｌ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎ— ｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈｒｏｎｉｃ ｄｉｓｅａｓｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．Ｂａｓｅｄ ０／１ ＲＦＩＤ ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈｒｏｎｉｃ ｄｉｓｅａｓｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ，ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｉｆｃ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＧＰＳ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ， ＥＣＧ ｄａｔａ ｐｒｅｐｍｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ＥＣＧ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，ｆｉｎａｌｌｙ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｔｈｅ ｃｈｒｏｎｉｃ ｄｉｓｅａｓｅ ｐａｔｉｅｎｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｔｒａｃｋｉｎｇ，ｄｉｓｅａｓｅ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ａｎｄ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｉｎｔｅｒａｃｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ；ｃｈｒｏｎｉｃ ｄｉｓｅａｓｅ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ０ 引言 如图１所示，系统整体功能是通过监护仪获取病人心电、 血氧、心率等信息，同时这些数据信息会发送到病人随身携带 随着人们工作生活节奏的加快，处于亚健康状态的人群 的移动监护终端上，继而再通过ＧＰＲＳ网络将采集到的数据 逐渐增加，社会对各种慢性病监护的医疗需求Ｅｔ益增长。与 信息传输到监控中心，由专监控中心在数据对比的基础上接 此同时，我国卫生事业也在各个方面实现了互联互通，加快了 收并分析这些数据，当发现异常时，系统会自动告警提示病人 医疗机构与家庭之间的协同，尤其是基于物联网的医疗监护 及医生，从而实现对慢性病病人的实时监护。系统服务器采 系统成为当前研究热点。本文基于物联网、医疗信息、自动 用Ｂ／Ｓ构架，能够通过动态阈值法分析病人的监护数据，实现 化、无线通信等相关技术，建设了一个集评估、监控、健康咨询 ＨＬ７标准化，用户可以通过Ａｎｄｒｏｉｄ系统手机客户端查看监 等一体的慢性疾病监护系统，完善了对慢性疾病从监钡４到诊 护记录、分析结果和医嘱等。 断，再到咨询的综合医疗服务模式，对慢性疾病突然发病威胁 进行了有效预警。 ２ 系统部分功能设计 １ 系统总体结构 ２．１ ＧＰＳ定位设计 Ａｎｄｒｏｉｄ是一种以Ｌｉｎｕｘ为基础的开放源代码操作系统， 本文所设计的基于物联网的慢性病监护系统由便携式监 在移动设备中得到广泛应用，以Ａｎｄｒｏｉｄ系统手机客户端为 护仪、手机客户端和健康管理服务器组成。监护仪小巧便携， 慢性病人接收信息的终端，在提高基于互联网的慢性病监护 能够同时检测心电、血氧、心率、运动状态等参数以及用户的 系统使用率方面具有重要现实意义。因此，本文选择Ａｎｄｒｏｉｄ 定位信息，通过ＧＰＲＳ网络把信息传送到数据中心进行分析。 操作系统，通过Ｅｃｌｉｐｓｅ＋ＡＤＴ搭建开发环境，利用Ａｎｄｒｏｉｄ系 系统总体功能结构如图１所示。 统中Ｇｏｏｇｌｅ应用提供的Ｇｏｏｇｌｅ Ｍａｐ ＡＰＩ进行定位功能开发， 以便随时跟踪慢性病病人位置。 ２．２心电数据预处理 通过监护仪中的心电传感功能获得慢性病病人生命体征 参数并传输到Ａｎｄｒｏｉｄ手机平台，为了保障采集数据的准确 性、稳定性与实时性，本文认为在分析心电信号前，需要通过 数字滤波器对心电数据特征及干扰信号特征进行滤波处理。 一是利用中值滤波算法实现对原始心电信号的滤波，消除心 电采集过程中由于人体呼吸、电极接触不良等原因导致的基 线漂移干扰，二是利用梳状滤波器消除心电信号采集中受到 的５０Ｈｚ／６０Ｈｚ的工频干扰，三是设计Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ滤波器消除 心电信号采集中由于人体肌肉收缩缠身的不规则高频电干 扰，保证心电信号检测的准确性。 图１系统总体功能结构 ２．３心电诊断设计 Ａｎｄｒｏｉｄ平台在接收监护仪上传输的心电数据后，对信号 收稿日期：２０１６－０３－２５ 进行自动分析处理，提取心电信号波形特征，再利用所提取的 作者简介：郭静（１９７６一），女，陕西华县人，硕士，讲师，主要研究方向为数 波形特征参数进行参数的测量与计算，如Ｒ波位置与高度、 据挖掘、网络应用。 ＲＲ间期、心率等，继而通过对人体生理参数的分析得到病人 ．１１９． 基于物联网的慢性病监护系统设计郭静，等 身体状况，实现对病人的慢性病诊断，其诊断流程如图２ 所示： 中，若出现信号接收延迟或改写错误等情况需重新返回开全 局中断环节。在整个运行过程中，系统的初始化编程主要是 微处理控制器各端口的数据和设置的初始化、内部定时器、比 较器的中断设置及ＣＣ２５３０芯片的配置等，智能标签的工作 状态分为定时器中断和比较器中断触发两类不同的中断方 露 ¨Ｅｌｔ常 Ｉ非 常 ｌ非ｊＥ常 ｌ非畦常 Ｉ 甲 Ｔ ———— １ｊＥ谢ｒ—Ｌ— Ｔ波参数 — ｊ甜｛嘲期 ～非 常 断《 ｉ 参数 螂 图２心电诊断流程 ３ 无线数据传感采集系统软硬件设计 ３．１硬件体系结构 根据实际需求，本文在监护仪设计中，应用了一种具备综 合感知与识别功能的射频标签，这是一种支持多种ＲＦＩＤ射 频标签的无线传感网络智能节点设备，其硬件系统由微处理 器模块、射频收发模块、电源管理模块、无线接收模块和传感 模块等部分组成，无线射频采用Ｚｉｇｂｅｅ技术，芯片选择ＴＩ公 司的ＣＣ２５３０，该芯片适用于２．４ＧＨｚ ＩＥＥＥ８０２．１５．４，ＲＦ４ＣＥ 和Ｚｉｇｂｅｅ应用，包含了较强性能的ＲＦ收发器，系统中的可编 程闪存，８ＫＢ ＲＡＭ以及其他多种功能强大的特性，硬件体系 结 １ ｌ ｌ Ｉ ｌ Ｉ 图３ 无线数据传感采集系统硬件体系结构 ３．２软件系统设计 软件的设计与开发包括系统软件和应用软件两种，前者 指各种嵌入式微操作系统、单片机控制软件、通信软件等为实 现系统功能而设计的软件，后者指包括界面显示、后台数据存 储、处理等方面内容的软件，其中，用户显示软件主要用于慢 性病病人了解软件工作状态及目的，管理软件主要用于实现 智能节点参数配置与管理、采集监控、安全报警等功能，而后 台数据处理软件则主要用于分析、过滤、存储、分发原始感知 数据，并为智能节点中间件提供支持和数据驱动的输入输出 控制，最终达到数据采集显示的目的。 本系统软件运行流程为：主程序一系统初始化一配置 ｎ ４０１一设置定时器及比较器中断一开全局中断，ＣＰＵ进 ＬＰＭ３模式一关全局中断一发送节点信息，此时，若定时器中 断触发，则需返回开全局中断环节，至接收到传输信号一改写 节点ＦＬＡＳＨ一改写ＦＬＡｓＨ一发送改写确认信号，在这一过程 ・１２０・ 式，智能节点接收数据时先发送标签的标识及ＦＬＡＳＨ写入请 求，继而节点开始接收信息，监控写入端口并改写ＦＬＡＳＨ存 储的信息。为确保写入信息的有效性与安全性，还需校验 ＦＬＡＳＨ改写后的状态，并及时发送确认信号，随即进入低功 耗待机模式。 ４ 结束语 本文设计了一种基于物联网的慢性病监护系统，实现了 对慢性病病人心电、血氧、心率、运动状态等生理参数的采集 和管理，并将这些生理参数实时传输到服务器供医生诊断。 该系统可以在不影响病人正常生活及运动的情况，满足了慢 性病病人长期、全面、持续的监护需求。随着智能移动设备的 更新升级，本系统在未来的研究中还应从以下两方面进行完 善，一是拓展本监护系统在ＩＯＳ、Ｗｉｎｄｏｗｓ ｐｈｏｎｅ等系统终端的 应用，二是拓展系统功能，增加入运动管理、膳食管理、预约挂 号、医患互动等功能。 参考文献 ［１］Ａｌｗａｎ Ａ，ＭａｅＬｅａｎ Ｄ Ｒ，Ｒｉｌｅｙ Ｌ Ｍ，ｅｔ ８１．Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ ｏｆ ｃｈｒｏｎｉｃ ｎｏｎ－ｃｏｍｍｕｎｉｃａｂｌｅ ｄｉｓｅａｓｅｓ：ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄ ｃａｐａｃｉｔｙ ｉｎ ｈｉｇｈ— ｂｕｒｄｅｎ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ［Ｊ］．Ｔｈｅ Ｌａｎｃｅｔ，２０１０，３７６（９７５５）：１８６１—１８６８． ［２］ Ａ．Ｒａｓｈｋｏｖｓｋａ，Ｉ．，Ｒ．Ｔｒｏｂｅｃ．Ａ Ｔｅｌｅｍｅｄｉｅｉｎｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ：ＥＣＣ Ｄａｔａ ｆｒｏｍ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｂｏｄｙ Ｓｅｎｓｏｒｓ ｏｎ ａ Ｓｅｎｓｏｒｓ ｏｎ ａ Ｓｍａｒｔｐｈｏｎｅ［Ｊ］．ＭＩＰＲＯ ２０１１，２０１１：３． ［３］ 王明宇，杨吉江，陈吴，曾强，时慧光，刘耀东．基于体域网和云平台 的远程数字健康系统发展的研究［Ｊ］．计算机科学，２０１２，Ｓ１：１９５ —２００． ［４］ 张力．无线传感网络通信优化仿真的研究［Ｊ］．自动化与仪器仪表， ２０１５，０９：１６６－１６７＋１７０． ［５ｊ史玉珍，马丽．物联网下的智能血糖监控系统的研究［Ｊ］．计算机测 量与控制，２０１２，０２：３７４—３７６． ［６］姜倩，唐鸿儒．基于物联网的家用心电监护仪［Ｊ］．自动化与仪器仪 表，２０１３，０３：１００—１０１＋１０３， ［７］ 肖倩，邓见光，袁华强．基于无线传感网络的手机实时医疗监护系 统［Ｊ］．电子设计工程，２０１３，２２：６２—６５． ［８］ 陈吴．基于移动物联网的区域协同心血管病急救模式研究［Ｄ］．第 三军医大学，２０１２． ［９］ 穆虹．基于无线体温监控技术的校园流行病物联网预警系统的设 计与实现［Ｄ］．西南交通大学，２０１１．
