一种基于物联网的输液及体征实时监控系统的制作方法

本发明涉及临床医疗领域，特别涉及一种基于物联网的输液及体征实时监控系统。

背景技术：

医院传统的输液是采用人工监护的，护士根据自身经验控制患者输液管上的轮滚调节输液速度，输液量也是护士用只有两个标记的液体瓶倾倒后估计的。上述输液方式存在如下问题：(1)在整个输液过程中，患者需要医护人员或者家属陪伴，液体滴完后要及时换瓶或拔针，护士需要不断地巡视病房，造成了增加医务工作人员的工作量。另外，不仅会影响预期治疗效果，而且对于一些对人体器官作用敏感需要严格控制输液速度和个体差异的不同，每个人的输液量也相应不同。(2)由于医护人员少病人多不时会发生由于输液过程中的异常情况、输液速度发生异变或监控处理不及时而引发的医疗事故，特别是对于在手术中、手术后以及病情危重需要严格控制输液速度的人群。

现在市面上的输液系统产品有：深圳金汇通电子有限公司生产的IS-1A输液监控器，该器件具有输液结束报警的功能；丹东康嘉仪器设计限公司生产的WTO-1输液监控器，该产品具有输液结束声音报警功能产品；杭州逊玛特威科技有限公司生产的输液宝能够在输液结束时候提供报警功能。但该类产品仅仅具有输液结束报警功能，无法实时检测与控制输液滴速，也无法实现将输液信息集中管理，无法满足现阶段输液监控要求。

又譬如，该类产品典型例子为杭州久保医用设备制造有限公司生产的点滴宝静脉输液监控器，此器件具有检测与控制输液滴速的功能，滴速控制点滴为±3滴/分，存在的问题：这类产品为单机监控模式，无法集中监控管理，同时控制精度一般在±3滴/分，存在误差。医护人员在测量患者的心率、体温等体征也是采用护士逐一为患者检测方式。这样传统人工检测方式不仅无法实时监控患者的体征，甚至增加医疗事故的发生，而且大大增加了医护人员的工作量。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种节省人力、实时显示监测患者体征的基于物联网的输液及体征实时监控系统。

为实现上述目的，本发明提供的一种基于物联网的输液及体征实时监控系统，该系统包括现场监控节点、通过物联网ZigBee技术与上述现场监控节点信号连接的协调器节点、及与协调器节点信号连接的具有管理软件的监控站，所述现场监控节点包括输液滴速检测模块、滴速控制模块、输液完成检测模块、心率检测模块、体温检测模块、液晶显示模块、报警模块、及基于CC2530的ZigBee模块。所述基于CC2530的ZigBee模块采用CC2530F256作为主控芯片，主控芯片通过SMbus通讯协议实时读取红外体温测量模块的数据，通过定时器捕获心率和滴速模块的输出获得患者的心率和输液滴速，同时判断输液完成检测模块的电平确定输液是否完成；主控芯片通过IIC协议将测量的各个数据在OLED液晶显示并通过PID算法将滴速控制在正常范围，各个数据持续不正常时驱动报警模块并实时将各个数据通过ZigBee模块传输到协调器。

所述现场监控节点核心电路由晶振电路、电源稳压电路和天线发射电路组成。

所述输液滴速检测模块包括茂菲氏管及水平安置于茂菲氏管两侧一对红外对管，采用红外光调制固定频率发射电路减少各类干扰光影响，接收信号整形电路采用滞回比较器电路得到标准的TTL电平信号，有液滴滴过时将引起接收电路电平输出的变化。

所述输液完成检测模块，位于茂菲氏管低端两侧，输液快完成时液面降低引起输出电平变化传输到主控芯片。

所述心率检测模块含有高灵敏度光感IC、低噪声前置放大器、以及2个绿色LED，运用光电式容积描记PPG的方式感应人体的心跳信息并加以提取，最后输出心率波形。

所述体温检测模采用红外热电堆探测和信号处理器ASSPMLX90325，计算出的高精度的温度可通过串行总线SMBus兼容协议获得或是器件的10位PWM格式获得。

所述滴速控制模块采用具有过温保护和高抗噪性的驱动芯片控制步进电机，控制芯片运用PID算法将输液滴速误差控制在±1滴/分以内。

所述报警模块采用下位机发光二极管闪烁与蜂鸣器报警，测量到的数据持续不正常时控制芯片驱动报警模块。

所述液晶显示模块采用超低功耗OLCD，控制芯片通过IIC通讯在显示屏实时显示各个测量数据，

所述协调器节点由电源模块、ZigBee模块、USB转串口通讯模块、JTAG程序下载模块组成，主要用于收集其各子节点的信息数据。电源模块为协调器节点提供稳定电源，ZigBee模块包含了微控制器和无线发射电路，USB转串口通讯模块用于协调器节点与护士监控站PC机数据通讯。

所述具有管理软件的监控站运用组态王开发图形界面良好，简单直观的监控画面，协调器MCU编写特定的UART数据格式实现与上位机的数据交换，管理员可随时点击某个患者的图标实时观看其滴速和体征数据，并附有历史曲线可随时调用查看。

本发明的有益效果是具有节省人力、实时显示监测患者体征的效果。本发明解决的技术问题是针对传统人工输液系统和传统人工体征检测系统人力物力耗费大、安全度较低、出现医疗事故处理不及时等缺点。解决上述技术问题的手段是，在输液报警的基础功能加上了滴速实时监测并控制，控制精度在±1滴/分以内。同时增加体温、心率实时监测并且在终端液晶实时显示。采用物联网ZigBee无线传感技术实时传输数据到监控站，及时反映患者的体征信息及滴速提供友好的护士监控站管理软件，实时显示滴速、患者心率及体温并可提供历史曲线显示，实现对输液患者的集中监测与管理。因此，实现节省人力、实时显示监测患者体征的效果。

附图说明

图1为本发明系统的结构方框图；

图2为本发明监控节点核心电路的电路图；

图3为本发明红外发射和接收信号整形的电路图；

图4为本发明红外发射的电路图；

图5为本发明心率检测模块的电路图；

图6为本发明体温检测模块的电路图；

图7为本发明滴速控制模块的电路图；

图8为本发明报警模块的电路图；

图9为本发明液晶显示模块的电路图；

图10为本发明协调器节点的结构方框图；

图11为本发明控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对发明作进一步详细的说明。

如图1所示，该系统包括由输液滴速检测模块、滴速控制模块、输液完成检测模块、心率检测模块、体温检测模块、液晶显示模块、报警模块、及基于CC2530的ZigBee模块组成的现场监控节点，通过物联网ZigBee技术与上述现场监控节点信号连接的协调器节点，及与协调器节点信号连接的具有管理软件的监控站。

如图2所示，现场监控节点核心电路由晶振电路、电源稳压电路、天线发射电路组成，所述基于CC2530的ZigBee模块采用CC2530F256作为主控芯片，主控芯片通过SMbus通讯协议实时读取红外体温测量模块的数据，通过定时器捕获心率和滴速模块的输出获得患者的心率和输液滴速，同时判断输液完成检测模块的电平确定输液是否完成；主控芯片通过IIC协议将测量的各个数据在OLED液晶显示并通过PID算法将滴速控制在正常范围，各个数据持续不正常时驱动报警模块并实时将各个数据通过ZigBee模块传输到协调器。

如图3-4所示，所述输液滴速检测模块包括茂菲氏管及水平安置于茂菲氏管两侧一对红外对管，采用红外光调制固定频率发射电路减少各类干扰光影响，接收信号整形电路采用滞回比较器电路得到标准的TTL电平信号，有液滴滴过时将引起接收电路电平输出的变化。所述输液完成检测模块，位于茂菲氏管低端两侧，输液快完成时液面降低引起输出电平变化传输到主控芯片。

如图5所示，所述心率检测模块包含高灵敏度光感IC、低噪声前置放大器、以及2个绿色LED，运用光电式容积描记PPG的方式感应人体的心跳信息并加以提取，最后输出心率波形。

如图6所示所述体温检测模采用红外热电堆探测和信号处理器ASSPMLX90325，所计算出的高精度的温度可通过串行总线SMBus兼容协议获得或是器件的10位PWM格式获得。

如图7所示，滴速控制模块采用具有过温保护和高抗噪性的驱动芯片控制步进电机，控制芯片运用PID算法将输液滴速误差控制在±1滴/分以内。

如图8所示报警模块系统采用下位机发光二极管闪烁与蜂鸣器报警，测量到的数据持续不正常时控制芯片驱动报警模块。

如图9所示液晶显示模块采用超低功耗OLCD，控制芯片通过IIC通讯在显示屏实时显示各个测量数据

如图10所示协调器节点由电源模块、ZigBee模块、USB转串口通讯模块、JTAG程序下载模块组成，主要用于收集其各子节点的信息数据。电源模块为协调器节点提供稳定电源，ZigBee模块包含了微控制器和无线发射电路，USB转串口通讯模块用于协调器节点与护士监控站PC机数据通讯。

如图11所示，本发明的基于物联网的输液及体征实时监控系统的工作程序如下：输液开始，系统完成各种初始化动作，滴速检测模块检测当前滴速是否在正常范围，如果滴速不正常，则系统利用数字PID算法通过滴速控制模块将滴速控制在正常范围内；如果滴速正常，则继续进行其他数据检测。

体温检测模块检测输液病人当前体温是否在正常范围，如果体温不正常，将报警并通过无线传输模块及时提醒医护人员采取应对措施；如果体温正常，则继续进行其他数据检测。

心率检测模块检测输液病人当前心率是否在正常范围，如果心率不正常，将报警并通过无线传输模块及时提醒医护人员采取应对措施；如果心率正常，则继续进行其他数据检测。

输液管液面检测模块检测当前液面是否低于检测位置，如果低于检测位置，表明输液完成，将报警并通过无线传输模块及时提醒医护人员更换或解除输液；如果高于检测位置，表明输液未完成，则继续进行其他数据检测。

每位病人的终端模块的MCU实时对检测的数据进行计算并做出动作，并将处理的数据在液晶显示屏显示同时通过ZigBee模块无线传输到协调器节点。

协调器模块实时接收各个协调器模块传输的数据连接到监控站管理软件，管理员可随时点击某个患者的图标实时观看其滴速和体征数据，监控站管理软件分析并存储各个输液病人的信息，当有报警信号时，及时报警提醒监控站护士采取应对措施直至报警解除。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。