胡秀丽 内蒙古电子信息职业技术学院

一、引言

随着5G通信技术以及传感器技术的快速发展，进一步推动了物联网技术的迅猛发展。在国家“互联网+”到“智能+”政策的引导下，物联网将不同场景中不同形态的“物”接入到网络，正在实现“智慧+”，近两年，在工业、农业、牧业、交通、医疗、环境、气象等各领域越来越得到广泛应用。

随着近几年国家大力推行社区卫生服务，提倡提高常见病、多发病的诊疗、护理、康复等服务，社区卫生服务逐渐成为城市卫生服务体系的重要组成部分，其职能是为辖区居民提供就近、方便的基础性医疗卫生服务，如康复、计划生育技术指导、防疫保健等。例如在婴幼儿防疫保健方面职能比较凸显，一般婴幼儿接种疫苗时需要预先测量体温，注射疫苗15分钟后需要观察并再次测量体温，而这些操作目前都是人为使用玻璃体温计、额温计或者耳温计来测量，对于玻璃体温计，水银的性能稳定，测量准确、稳定性好，而且价格低廉，不需要使用电池或者充电，但是它容易破碎，破碎易造成中毒，而且读取温度数据费事，测量所需时间也比较长，有时候婴幼儿不能很好地配合，配合不好易造成测量不准确。红外额温计，在测量时受毛发、其他障碍物以及环境影响较大，例如，从寒冷的室外进入室内，测量时会使得体温数据不准确而失真。耳温计测量要求比较高，需要对准耳膜，但是有的人耳道天生弯曲，也会造成测量不准确，并且这些电子测温计都需要充电或者使用电池，所以，目前各类体温计都或多或少存在一些测量不准确或者受环境影响等问题。一方面社区医院工作人员短缺，不能及时测量，一方面婴幼儿发热速度迅速，病情转换快，需要频繁测量，这些过程无形中增加了医护人员的工作负担，同时不能及时了解婴幼儿发热程度。而且这些测量体温的方式和数据记录方法在很多方面存在不足和局限，如时间长、效率低、测量工作费时费力，手持红外额温计或者耳温计虽然可以快速测量婴幼儿体温，但不能及时记录存储和汇总体温数据，无法准确、及时地追踪到病人体温状况等，也不能根据体温变化进行监测并做出预警。

鉴于以上原因，本文设计一个智能实时的温度采集定位预警系统，将物联网应用于社区医院，设定采集周期，体温传感器自动采集温度，并通过ZigBee节点发送到PC服务终端，PC服务端进行数据处理分析及存储，将物联网技术引入社区医院的工作场景，可以加快智慧型社区医院的快速发展。此外，智能实时的温度监测和定位在社区医院中如婴幼儿日常保健、患儿监护、临床诊断、婴幼儿预防疫苗注射及大规模传染病预防和控制中具有的应用价值，尤其在某些传染性疾病的发病前期，体温不断升高是一个重要的体征，在监测体温的同时可以及时得到婴幼儿目标对象的行动路径，根据路径数据快速划分隔离区域，防止病源的扩张。

目前国内一些高校也正在研究将物联网应用于医院、校园、公共场所中，尤其随着新冠肺炎的出现及传播，进一步推动了体温测量的应用。现在使用比较多的有温度传感器、红外体温测量、热成像等，但是很多场所大多使用的是温度传感器，根据实际场景和要求，选择传输数据的方式也不同，主要有有线和无线两类通信方式，有线通信局限性较大，需要连接线路，随着通信技术尤其5G通信的发展，逐渐被无线取代，当前常用的无线通信方式是WiFi和蓝牙，不受空间限制，而且比较经济。

本文综合考虑社区医院职能、常见社区医院建筑环境，应用物联网技术设计一个社区医院的婴幼儿体温实时监测与跟踪预警系统。

二、系统架构及工作过程

本文拟应用温度传感器和蜂鸣片进行体温感知和预警，使用无线网络和物联网ZigBee进行网络传输，编写一个GUI应用软件将从网络节点传回的体温数据进行保存，并实时地显示到媒体屏幕终端。

系统主要功能有：

（1）体温生理数据自动釆集功能。体温数据釆集节点通过体温传感器采集婴幼儿的体温参数，并需保证其采集生理参数的实时性、稳定性和准确性。

（2）数据无线传输功能。采集到的体温数据通过无线网络传输到PC服务端，使社区医院的服务监控中心随时了解婴幼儿体温变化，便于在第一时间做出响应措施。

（3）体温预警功能。预先设定温度阈值，当所测体温达到阈值，温度传感器绑定的蜂鸣器会发出警报，从而提醒监护人和医护人员及时就行处理。

（4）数据处理及存储功能。从无线网络传回的数据根据字段规范要求提取出温度，并读取标签信息进行绑定，然后将数据以固定的存储形式存储到数据库中。

（5）大屏显示功能。将数据库表中存储的数据读出来，按某种方式以不同时间点滚动显示婴幼儿个体对应的体温温度。

整个软硬件架构由体温感知层、网络传输层和应用展示层组成。其中，体温感知层由电子标签、体温传感器和蜂鸣片组成，主要负责数据的采集和预警；网络传输层包括 Wi-Fi 无线网络和ZigBee节点，主要负责对采集好的数据进行传输；应用层主要负责将网络传输回的数据进行处理，截取有效的温度字段数据，将其对应地存储到数据库中，同时记录序列测温时间，并且将温度实时地显示在屏幕上。架构图如图1所示。

此系统利用体温传感器釆集婴幼儿体温生理信息，通过桥接协调节点将采集的生理数据由无线网络传输至医疗监控中心。同时将一系列生理传感节点的体温数据在大屏显示系统显示。具体工作过程如下：采集节点通过启动体温传感器开始采集过程，首先读取体温传感器数据，所在辖区范围内的ZigBee节点接收数据，通过组网自动将数据传输到PC服务端，PC服务端对传回的数据进行分解和处理，在数据处理过程中，按照系统预先定义的格式对数据进行分解，并分别提取电子标签数据和体温数据，通过电子标签数据查找婴幼儿详细信息，将婴幼儿详细信息与其体温信息对应整合，添加到数据库表中。

PC服务端软件包含用户管理模块和数据查询模块。用户管理模块包括婴幼儿个人基本信息的增、删、改、查，以及婴幼儿个体与温度传感对应标签的绑定。数据查询模块提供婴幼儿体温信息时间点或时间段的查询。体温传感器、电子标签和蜂鸣器通过专用腕带固定在婴幼儿腕部，将温度和所在辖区位置实时地以无线的方式传送到PC服务端，可以设置体温采集周期，自动连续发送体温数据，设定阈值，如果体温超过设定阈值，腕部蜂鸣器会发出警告，从而提醒医护人员和监护人温度的变化，并作出及时的诊断和处理。通过此系统的设计与实现，为社区医院减少了人力成本和消耗品成本，减少了人与人之间的接触传染，同时也能通过系统自动进行数据汇总和存储。实现过程及功能如图2所示。

图2 社区医院婴幼儿体温自动监测系统功能及工作过程

三、系统设备及实施应用环境和条件

目前市面上有很多种温度传感器，根据实际需求选择翼盟30205 MAX30205MTA 人体温度传感器模块DHT11温度传感器，精度可以达到0.1摄氏度。

图3 温度传感器电路图

系统实施和应用环境及条件如下：社区医院整个建筑环境中要求已经实现了WiFi 网络的全覆盖，并要保证信号要好，在PC服务端工作站中要有网络接入到社区医院的局域网中，医院有自己的数据库系统。目前，近距离的无线连接方式有红外、蓝牙、Wi-Fi、Zigbee等，本项目根据普通社区医院的建筑结构及规模，选择使用ZigBee网络，为了减少信号损耗和建筑物的遮挡，在社区医院多个位置部署强信号的Wi-Fi网络服务，在本项目中使用具有穿墙功能和增强信号的荣耀分布式双频WiFi千兆穿墙王智能无线信号路由器。此外，体温传感器和蜂鸣器以及数字标签的绑定粘贴要合适，不会影响到温度的精确采集。