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基于 ZigBee 技术的智能输液管控系统
GPPC  2015-06-07  浏览3205次  http://www.gppc.cc/

前 言


在医疗系统中,病人在输液过程中的监控问题,一直是护士和病人关心的问题,一但监控失误就会使空气进入人体的血液系统,造成严重的后果,甚至会使患者死亡。现有的控制系统,多采用有线技术进行检测传感器网络的组建。这类方案的特点是扩展性能差、布线繁琐、移动性能差。由于采用硬线连接,线路容易老化或遭到腐蚀、磨损,故障发生率较高。 采用无线传输方式构建的无线传感器网络恰好可以避免这些问题。相对而言,无线的方式比较灵活,避免了重新布线的麻烦,网络的基础设施不再需要隐藏在墙里,无线网络可以适应移动或变化的需要。
将无线 ZigBee 传感器网络和自动控制相结合,可以有效地实现医院输液监控系统的设计。正是由于 ZigBee 技术具有功耗极低、系统简单、组网方式灵活、成本低、等待时间短等性能,相对于其他无线网络技术,它更适合于组建医疗监控网络,实现无线网络监控。
1 项目架构实施方案
1. 1 系统组成
整个系统架构划分为三层:采集终端层、中继传输层和应用管理层。采集终端层起执行者的作用,主要负责采集吊瓶输液液体存量数据。中继传输层设备作为中继多跳数据设备使用,并将终端采集设备发送给它的数据转发至中心节点设备,中心节点设备通过串口发送给监控中心。应用管理层主要是监控中心,起决策者的作用,负责数据的分析判断,实现远程实时监控查询和预警。
1.1.1 采集终端层设备
该方案基于 ZigBee 技术的智能输液管控系统,整个系统的正常运行需要实时监控病人的吊瓶输液液体存量状态,并将这个液体存量及输液点滴速率数据上传到数据管理中心,该方案中的采集终端层设备采用的是四信的嵌入式模块 F8913,F8913 直接通过 232 接口连接智能输液管控系统终端内部的单片机,由单片机控制 F8913 发送数据,F8913 将终端单片机发送给它的数据通过 zigbee 网络发送给数据管理中心。智能输液管控系统终端具有功能有,可选输液吊瓶的材质,玻璃瓶、塑料瓶、输液袋三种可选,并且终端在 20 分钟没有使用的情况下终端则会全部进入休眠模式,再次需要使用时,需要按键终端上的唤醒按钮唤醒终端。
1.1.2 ZigBee 中继传输设备

该方案中的中继传输设备的作用在于终端采集到的吊瓶液体存量数据在因为距离原因传送不到中心设备时,经过多跳中继将数据传输到中心设备的作用,该方案的中继传输设备使用的设备是四信的 F8914,中继设备放置在病房的走廊墙壁上。中心节点设备是作为来自 zigbee 网络的吊瓶液体存量数据的接收整合,并通过串口发送给数据管理中心,该方案的中心节点设备使用的是四信的F8914,中心节点放置在护士站,F8914 通过 zigbee 网络将终端设备发送给它的吊瓶液体存量数据接收并从串口输出到数据管 理监控中心。
1.1.3 应用管理层

应用管理层主要为中心监控系统,中心监控系统主要由服务器机组和平台软件主组成,
当中心监控系统接收到传输层发送来的数据后,会对终端发送过来的数据进行分析,并根据 分析结果在监控平台软件以图形化界面的方式显示出来,如几号病床的吊瓶输液存量剩下多少,到底一定的存量以下之后发出报警信息。
1.2 网络架构
该方案应用于某医院呼吸科住院部,呼吸科住院部病房呈环形的,中间有一个护士站,病房环绕着护士站,中间有墙壁遮挡,总共有 52 张病床。智能输液管控系统终端挂在病床上的支架,可以供病人输液时挂吊瓶,终端通过传感器检测吊瓶的存量和输液的流速,并将这个数据发送给护士站的监控平台,等吊瓶输液即将完成时,当吊瓶存量小于 15ml 时,监控中心对应的床位会有变为另一种颜色显示,当吊瓶存量小于 5ml 时,护士站监控 平台会有报警信息,提醒护士该床号的病人需要更换吊瓶了。
如下图所示:

 

1.3 现场实际使用图

1.3.1 智能输液管控系统终端实物图

 

1.3.2 病房上的智能输液管控系统终端放置图

 

1.3.3 监控中心软件图

1.3.4 其他现场环境图

在该方案中,智能输液管控系统终端起到一个关键的作用,通过终端嵌入 F8913 模块, 将终端采集到的数据通过 zigbee 网络发送给护士站的协调器中;病房楼道走廊中放置了 F8914 中继路由,起到数据中继传输的作用;协调器 F8914 放置在护士站,起到接收数据的 作用,并将这个终端发送过来的数据通过串口发送给监控中心软件;监控中心软件起到一个接收监控的作用,图形化界面直观显示终端发送过来的数据,直观显示每个终端吊瓶输液的 存量,监控中心不止在护士站有一个,在楼道中也同时分布几个,方便护士能及时查看每个 病人的吊瓶输液存量。同时该方案也支持手持设备,智能手机和平板使用 APP 软件连接数 据库查看监控中心信息。


2 方案特点
ZigBee 以其灵活、可靠、易于布置等特点在许多领域得到了广泛的应用。将其应用于 智能输液管控系统的优点在于:
1、无线化,减少温智能输液管控系统的连线的复杂度。
2、成本低,ZigBee 协议简单且免收专利费。
3、智能化,各 ZigBee 节点自动搜索建立连接。
4、支持星型,树型,网型网络等多种网络拓扑结构,最大网络连接能力强,可支持 65000个节点。
5、传输模块采用工业级设计,金属外壳,外接电源 DC 12V/500mA;通信电流:<250mA(12V);工作环境温度 -25~+65ºC;储存温度 -40~+85ºC;相对湿度 95%(无凝结);多重软硬件看门狗设计,适用于工控行业工作。
6、ZigBee 终端空旷视距离良好环境无线通信距离 2000 米。
7、ZigBee 通讯不需要任何费,为整个项目节省大量的费用支出。
8、设备配置操作简单,易懂 ,集成化程度高,技术成熟,安装方便。随着需求的增长和技术的进一步成熟,ZigBee 在各种远程监测应用中会有更为广阔的应用前景。


3 方案总结
ZigBee 无线数据采集传输系统采集稳定、可靠、方便、实用。安装费用低廉,维护简单,无忧升级,不需要租用公网,也无须巨额运行费用。这是现代数据采集远传系统的最优解决方案。

 

 

 


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