重症监护病房环境参数无线监测系统的设计

2011-05-15雷太荣

太原理工大学学报 2011年4期

雷太荣,邓霄

(1.太原科技战略研究院,太原030009;2.太原理工大学物理与光电工程系,太原030024)

重症监护室(ICU)是医院ΙΙ类环境中最应引起重视的高危易感区,如果室内空气的温湿度条件不合格,不仅会增大人体的发菌量而且会引发微生物的二次繁殖,将对病人造成二次感染,加重病情。相关研究表明[1]：在温度26～31℃和相对湿度77～80%的环境中病菌最适宜生存,即在此条件下的人群最容易受到感染。同时,如果医院的各级环境不能保证相互间存在一定压力梯度,将会造成病菌的弥散传播和病人的交叉感染。2004年,我国相关部门已经对医院中不同科室的温湿度和压力条件作了规定[2]。这充分说明了对病房尤其是重症监护病房的温湿度和压力监测是非常必要的。

目前,医院重症监护室对环境参数的监测主要依靠各种手持设备,监测方式完全依赖人工观测,其缺点是不能保证数据的实时性、准确性、可靠性,不能实现相应监测数据的综合管理、分析以及实时报警等功能,严重制约了医院的信息现代化发展进程。

基于上述原因,笔者提出了基于GPRS技术的重症监护病房环境参数无线监测系统的构建方法,该系统具有实时采集病房中的相关参数(温度、湿度、压力)、自动报警、无线组网以及数据库管理等功能,对重症监护室环境指标的智能化控制具有一定的指导作用。

1 系统组成与功能分析

通过实地考察重症监护室,并结合院方对病房环境数据无线监测系统的具体需求,系统组成如图1所示,其功能如下。

图1 系统组成示意图

1.1 病房数据采集仪的功能

1)通过信号电缆实现监测点温度、湿度、压力传感器信号的输入;

2)通过MSP430F149单片机实现对监测信号的采样、滤波、计算、存储(存储信息半年)、显示处理,并具有对遥测命令进行识别、执行的功能;

3)通过液晶显示器实现日期、时间、温度值、湿度值、压力值的实时显示;

4)通过面板键盘实现对日期、时间、发送时间间隔等参数的预置;

5)提供标准RS232接口,通过GPRSDTU可实现与任何一台上网微机的数据交互。

1.2 监测中心功能

由设置于医院监控室的安装有通用组态软件并且能接入万维网的PC管理微机和打印机组成,具有如下基本功能。

1)在Windows2007/XP环境下,通过良好的多媒体人机界面(组态王)实现监测中心站与监测点的数据采集、命令发送、以及后期数据整理等功能。

2)通过GPRS无线传输方式实现与重症监护室数据采集仪的双向数据通信、历史数据查询、存储和分析等功能。

3)通过数据库实现对实时、历史数据的管理,并具有查询、打印等功能。

2 现场数据采集仪硬件及软件设计

2.1 采集仪硬件设计方案

根据重症监护室对温度、湿度、压力数据查询的需要,终端的硬件系统设计(如图2所示)原则如下：

1)采集仪的应用环境对可靠性要求较高,所以硬件电路设计需重点围绕提高外围工作电路的可靠性进行。

2)系统对中断的异步响应能力是验证系统稳定性的一个重要方面,本系统需要及时响应数据采集中断以及数据通信中断,因此增加中断源可以更好的验证系统可靠性与稳定性。

3)基于GPRS的通用分组无线技术是今后一段时期内数据自动化报送方式的主流方向,因此采用GPRSDTU作为本系统的无线通讯设备。

图2 终端硬件系统设计示意图

2.2 采集仪软件设计方案

采集仪器的软件设计中,充分考虑到与硬件体系的有机结合,利用MSP430F149的优异特性实现对病房温湿度及中央空调入口压力的准确测量。系统软件采用模块化形式,通过各模块间子程序的调用,使程序更合理,更具有可读性。

系统软件主要由主程序、压力数据采集程序、温湿度采集程序、报警程序、实时时钟程序、键盘和LCD液晶显示程序、SD卡存储程序、数据接收与发送程序等模块构成。

2.2.1 主程序的具体工作流程如图3所示

图3 终端软件设计流程示意图

系统上电对各个模块初始化后,LCD根据变量screen的当前值在屏幕中分别显示时间、压力值和温湿度值。当时钟芯片的分钟中断程序置位后,主程序进行空气参数数据的采集,然后判断当前时间是否为上午九时、中午十二时或下午十七时,如果是就将数据存储到时钟芯片的E2PROM和SD卡内,并向中心管理微机发送当前数据值,最后返回显示。

2.2.2 GPRS方式通信子程序

GPRS方式数据通信程序需要完成以下功能。

a.接收管理PC机调用命令(包括实时查询和历史查询)并根据不同的命令向PC机返回现场重症监护室的环境数据信息。

b.系统每天运行到规定的上报时间时,向管理微机发送当前重症监护病房的环境数据信息。