CN107239050A - 一种基于互联网的眼科用手持式交联治疗控制系统 - Google Patents

一种基于互联网的眼科用手持式交联治疗控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于互联网的眼科用手持式交联治疗控制系统，包括用于用户输入发出控制指令的控制单元；与控制单元通过无线串口通讯模块连接，用于对接收的指令进行分析和处理的微处理器；与微处理器有线连接，用于发射治疗光线的照射装置；与微处理器有线连接，用于调节治疗光线的调节装置；与微处理器有线连接，用于拍摄治疗画面的摄像头；与微处理器有线连接，用于发射和接收无线网络信号的网络传输模块；与网络传输模块通过GPRS无线网络无线连接，用于进行数据传输与交换的云服务器。该基于互联网的眼科用手持式交联治疗控制系统使用方便，操作方便，生产成本低，节省线路布置，能够实时看到眼部治疗画面。

Description

一种基于互联网的眼科用手持式交联治疗控制系统
技术领域
本发明属于眼科治疗技术领域，尤其涉及一种基于互联网的眼科用手持式交联治疗控制系统。
背景技术
人眼及周围组织中含有丰富的胶原成分，这些胶原成分对维持眼球各个部分的组织学形态和空间结构关系，参与眼内觉光系统的构建，抵抗外力的作用和打击，维持眼内压力，保持眼球完整性，防止外源性病原微生物的入侵等方面都起着十分重要的作用。
现有的眼科用手持式交联治疗控制系统存在以下缺点：一是使用不便，操作不便；二是不能很好地实时地观察眼部治疗画面，导致治疗效果大大降低；三是不能根据已有的参数进行有效地调节治疗仪器的治疗参数；四是结构的内部通过导线或者数据线进行连接，进行信号和数据的传输，增加设备的生产成本；五是通常采用电源适配器进行充电，导致设备充电不便，不利于推广和使用。
发明内容
本发明为解决现有的治疗效果不佳，操作使用不便，生产成本高和不利于推广使用的技术问题而提供一种基于互联网的眼科用手持式交联治疗控制系统。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
本发明提供的基于互联网的眼科用手持式交联治疗控制系统，所述基于互联网的眼科用手持式交联治疗控制系统包括：
用于用户输入发出控制指令的控制单元；所述控制单元的信号检测方法包括：
第一步，利用混频器将射频或者中频信号与单频混频获得信号x1；
第二步，利用低通滤波器A去除信号x1的高频分量，低通滤波器A的3dB带宽大于分析带宽Bs，获得信号x2，此时x2是零中频的信号，并且带宽为Bs的信号受到滤波器A的影响很小，可忽略不计；
第三步，将信号x2同时进行二步处理：先将x2通过低通滤波器B，通频带为0--PBs，P<1，获得信号的低频时域信号x2L带宽为PBs；再将x2通过高通滤波器，通频带为PBs－Bs，获得信号的高频时域信号x2H带宽为(1-P)Bs；
第四步，利用时域累计，即时域信号的模的平方和，求出信号x2L的能量值EL，以及信号x2H的能量值EH；
第五步，求得比值R＝EL/EH；
第六步，门限标定，首先对有信号和无信号的数据进行多次求R值，通过统计概率获得门限C1和C2，C2>C1，C2值的大小主要影响漏检概率，C1的大小主要影响误警概率，所选择的门限应保证以上两种不利因数可能的小；
第七步，标志位flag的更新，flag＝0，表示前一次检测结果为无信号，此种条件下，只有当R>C2时判定为当前检测到信号，flag变为1；当flag＝1，表示前一次检测结果为有信号，此种条件下，只有当R<C1时判定为当前未检测到信号，flag变为0；
第八步，根据标志位控制后续解调线程等是否开启：flag＝1，开启后续解调线程等，否则关闭后续解调线程；
与控制单元通过无线串口通讯模块连接，用于对接收的指令进行分析和处理的微处理器；
与微处理器有线连接，用于发射治疗光线的照射装置；
与微处理器有线连接，用于调节治疗光线的调节装置；
与微处理器有线连接，用于拍摄治疗画面的摄像头；
与微处理器有线连接，用于发射和接收无线网络信号的网络传输模块；
与网络传输模块通过GPRS无线网络无线连接，用于进行数据传输与交换的云服务器；所述GPRS无线网络基站获取x1和x2的接收干信比，即干扰信号与期望信号的功率比ki(i＝1,2)，信噪比以及干扰与期望信号的空间相关度cos2θ，并计算xi的接收准则
其中，i＝1,2，为信噪比，对于i＝1，E1＝H1p1，对于i＝2，E2＝H2p2，
与网络传输模块通过GPRS无线网络无线连接，用于远程控制的外部设备；
所述控制单元上安装有显示装置和打印装置，显示装置和打印装置均通过数据线与微处理器相连接；
所述电源模块与微处理器有线连接，用于提供电源；
所述无线充电模块与电源模块有线连接，用于利用外部电源对电源模块充电。
进一步，所述网络传输模块的网络覆盖分布式方法具体包括以下步骤：
步骤一，节点si的邻居，覆盖的点位置，预设网络寿命L，电池寿命Bi，si的标记类型UPD，ii＝1；
步骤二，判断是否ii＜L/l，若是，则直接进行下一步，否，则标记类型，标记为LAB的节点的最优工作时间安排，然后结束；
步骤三，计算最大额外有效覆盖时间和工作优先度，并向邻居广播mes(i,Null,UPD,ΔPi)；
步骤四，判断若，是，si的ΔPi在邻居中是否最大，若si的ΔPi在邻居中是最大，si标记自己为并向邻居广播若si的在邻居中不是最大，判断si是否接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)；若si是接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)，则si更新邻居sk的信息，重新计算ΔPi,并且向邻居广播mes(i,UPD,Null,ΔPi)；若si没有接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)，则，判断si是否接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，若si是接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，si更新邻居sk的工作优先度；若si没有接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，则返回判断
进一步，所述无线充电模块的簇的建立阶段，簇首节点产生后，主动向网络中所有节点广播这一消息；未被选择作为簇首的传感器节点选择最优簇首，并发送加入该簇的请求信息；簇首收到请求后，将节点设置为簇内成员；簇形成后，簇首通过广播方式告知为簇内每一个节点分配一个TDMA通信时隙；只有在属于自己的时隙内，成员节点才可以向簇首节点发送数据；具体包括：
(1)在每一轮中选举PN个簇头节点，其中P为优化簇头比例，也是加权概率；每一个节点由下面的概率门限来决定是否成为簇头节点：
其中，r为当前的轮数，G为在最近轮中没有成为簇头的节点集合；每个节点都有机会轮流成为消耗能量较多的簇头节点；
E0表示普通节点的初始能量，a1,a2,...,an分别表示n种特殊节点所占的比例，b1,b2,...,bn分别表示特殊节点初始能量超过普通节点初始能量的倍数；
a1N,a2N,...,anN个特殊节点的初始能量分别为E0(1+b1),E0(1+b2),...,E0(1+bn)，剩下的(1-a1-a2,...-an)N个普通节点的初始能量为E0(1+bn)；
多级异构网络总的初始能量为：
N个传感器节点随机均匀分布在一个半径为A的圆形区域，sink节点位于区域中间，每一轮向簇头发送数据的过程中所耗的总能量为：
其中，l为簇头数，Eelec表示运行传输电路或者接收电路时每比特数据所消耗的能量，EDA为簇头执行数据融合的代价，为簇头到sink节点的平均距离，为簇成员节点到簇头节点的平均距离，εampd4 sink和为放大器消耗的能量：
计算得到
对Eround关于l求偏导，并令该偏导数为0，则最优的簇头数为：
得到网络在每一轮消耗的能量总数Eround；同时，
网络的初始总能量Etotal已知，Rtotal为网络生命周期的估计值，也可得到：
Rtatal＝Etotal/Eround；
对这n+1种节点按照其初始能量取不同的加权概率Pi：
(2)节点i在第r轮的当前能量Ei(r)来选取其簇头轮转周期Ti，表示网络在第r轮的平均能量，以作为参考能量与节点的当前能量Ei(r)作比较，得到：
其中，Popt为优化簇头比例；
第r轮后网络每个节点的平均能量为：
代入计算得到加权概率Hi(r)；
得到各节点的概率门限。
本发明具有的优点和积极效果是：该基于互联网的眼科用手持式交联治疗控制系统通过控制单元输入操作控制指令，利用无线串口通讯模块将操作控制指令发送到微处理器中，微处理器根据操作控制指令控制照射装置和调节装置进行相应的工作和调整，通过摄像头实时拍摄眼部的治疗画面，医护人员通过摄像头拍摄的画面进行实时调整治疗光线的治疗参数，治疗效果好，操作控制简单，利用网络传输模块和云服务器将治疗参数和监控画面进行远程传输和存储，电源模块提供电源，利用无线充电模块对电源模块进行充电，使用方便，操作方便，生产成本低，节省线路布置，能够实时看到眼部治疗画面。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于互联网的眼科用手持式交联治疗控制系统的原理框图；
图中：1、控制单元；2、无线串口通讯模块；3、微处理器；4、照射装置；5、调节装置；6、摄像头；7、网络传输模块；8、云服务器；9、外部设备；10、电源模块；11、无线充电模块。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合图1对本发明的结构作详细的描述。
该基于互联网的眼科用手持式交联治疗控制系统包括：
用于用户输入发出控制指令的控制单元1；
与控制单元1通过无线串口通讯模块2连接，用于对接收的指令进行分析和处理的微处理器3；
与微处理器3有线连接，用于发射治疗光线的照射装置4；
与微处理器3有线连接，用于调节治疗光线的调节装置5；
与微处理器3有线连接，用于拍摄治疗画面的摄像头6；
与微处理器3有线连接，用于发射和接收无线网络信号的网络传输模块7；
与网络传输模块7通过GPRS无线网络无线连接，用于进行数据传输与交换的云服务器8；
与网络传输模块7通过GPRS无线网络无线连接，用于远程控制的外部设备9。
进一步，所述控制单元1上安装有显示装置和打印装置，显示装置和打印装置均通过数据线与微处理器3相连接。
进一步，所述电源模块10与微处理器3有线连接，用于提供电源。
进一步，所述无线充电模块11与电源模块10有线连接，用于利用外部电源对电源模块10充电。
所述控制单元的信号检测方法包括：
第一步，利用混频器将射频或者中频信号与单频混频获得信号x1；
第二步，利用低通滤波器A去除信号x1的高频分量，低通滤波器A的3dB带宽大于分析带宽Bs，获得信号x2，此时x2是零中频的信号，并且带宽为Bs的信号受到滤波器A的影响很小，可忽略不计；
第三步，将信号x2同时进行二步处理：先将x2通过低通滤波器B，通频带为0--PBs，P<1，获得信号的低频时域信号x2L带宽为PBs；再将x2通过高通滤波器，通频带为PBs－Bs，获得信号的高频时域信号x2H带宽为(1-P)Bs；
第四步，利用时域累计，即时域信号的模的平方和，求出信号x2L的能量值EL，以及信号x2H的能量值EH；
第五步，求得比值R＝EL/EH；
第六步，门限标定，首先对有信号和无信号的数据进行多次求R值，通过统计概率获得门限C1和C2，C2>C1，C2值的大小主要影响漏检概率，C1的大小主要影响误警概率，所选择的门限应保证以上两种不利因数可能的小；
第七步，标志位flag的更新，flag＝0，表示前一次检测结果为无信号，此种条件下，只有当R>C2时判定为当前检测到信号，flag变为1；当flag＝1，表示前一次检测结果为有信号，此种条件下，只有当R<C1时判定为当前未检测到信号，flag变为0；
第八步，根据标志位控制后续解调线程等是否开启：flag＝1，开启后续解调线程等，否则关闭后续解调线程。
所述GPRS无线网络基站获取x1和x2的接收干信比，即干扰信号与期望信号的功率比ki(i＝1,2)，信噪比以及干扰与期望信号的空间相关度cos2θ，并计算xi的接收准则
其中，i＝1,2，为信噪比，对于i＝1，E1＝H1p1，对于i＝2，E2＝H2p2，
所述无线充电模块与电源模块有线连接，用于利用外部电源对电源模块充电。
进一步，所述网络传输模块的网络覆盖分布式方法具体包括以下步骤：
步骤一，节点si的邻居，覆盖的点位置，预设网络寿命L，电池寿命Bi，si的标记类型UPD，ii＝1；
步骤二，判断是否ii＜L/l，若是，则直接进行下一步，否，则标记类型，标记为LAB的节点的最优工作时间安排，然后结束；
步骤三，计算最大额外有效覆盖时间和工作优先度，并向邻居广播mes(i,Null,UPD,ΔPi)；
步骤四，判断若，是，si的ΔPi在邻居中是否最大，若si的ΔPi在邻居中是最大，si标记自己为并向邻居广播若si的在邻居中不是最大，判断si是否接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)；若si是接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)，则si更新邻居sk的信息，重新计算ΔPi,并且向邻居广播mes(i,UPD,Null,ΔPi)；若si没有接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)，则，判断si是否接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，若si是接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，si更新邻居sk的工作优先度；若si没有接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，则返回判断
进一步，所述无线充电模块的簇的建立阶段，簇首节点产生后，主动向网络中所有节点广播这一消息；未被选择作为簇首的传感器节点选择最优簇首，并发送加入该簇的请求信息；簇首收到请求后，将节点设置为簇内成员；簇形成后，簇首通过广播方式告知为簇内每一个节点分配一个TDMA通信时隙；只有在属于自己的时隙内，成员节点才可以向簇首节点发送数据；具体包括：
(1)在每一轮中选举PN个簇头节点，其中P为优化簇头比例，也是加权概率；每一个节点由下面的概率门限来决定是否成为簇头节点：
其中，r为当前的轮数，G为在最近轮中没有成为簇头的节点集合；每个节点都有机会轮流成为消耗能量较多的簇头节点；
E0表示普通节点的初始能量，a1,a2,...,an分别表示n种特殊节点所占的比例，b1,b2,...,bn分别表示特殊节点初始能量超过普通节点初始能量的倍数；
a1N,a2N,...,anN个特殊节点的初始能量分别为E0(1+b1),E0(1+b2),...,E0(1+bn)，剩下的(1-a1-a2,...-an)N个普通节点的初始能量为E0(1+bn)；
多级异构网络总的初始能量为：
N个传感器节点随机均匀分布在一个半径为A的圆形区域，sink节点位于区域中间，每一轮向簇头发送数据的过程中所耗的总能量为：
其中，l为簇头数，Eelec表示运行传输电路或者接收电路时每比特数据所消耗的能量，EDA为簇头执行数据融合的代价，为簇头到sink节点的平均距离，为簇成员节点到簇头节点的平均距离，εampd4 sink和为放大器消耗的能量：
计算得到
对Eround关于l求偏导，并令该偏导数为0，则最优的簇头数为：
得到网络在每一轮消耗的能量总数Eround；同时，
网络的初始总能量Etotal已知，Rtotal为网络生命周期的估计值，也可得到：
Rtatal＝Etotal/Eround；
对这n+1种节点按照其初始能量取不同的加权概率Pi：
(2)节点i在第r轮的当前能量Ei(r)来选取其簇头轮转周期Ti，表示网络在第r轮的平均能量，以作为参考能量与节点的当前能量Ei(r)作比较，得到：
其中，Popt为优化簇头比例；
第r轮后网络每个节点的平均能量为：
代入计算得到加权概率Hi(r)；
得到各节点的概率门限。
下面结合工作原理对本发明的结构作进一步的描述。
通过控制单元1输入操作控制指令，利用无线串口通讯模块2将操作控制指令发送到微处理器3中，微处理器3根据操作控制指令控制照射装置4和调节装置5进行相应的工作和调整，通过摄像头6实时拍摄眼部的治疗画面，医护人员通过摄像头6拍摄的画面进行实时调整治疗光线的治疗参数，治疗效果好，操作控制简单，利用网络传输模块7和云服务器8将治疗参数和监控画面进行远程传输和存储，电源模块10提供电源，利用无线充电模块11对电源模块10进行充电。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种基于互联网的眼科用手持式交联治疗控制系统，其特征在于，所述基于互联网的眼科用手持式交联治疗控制系统包括：
用于用户输入发出控制指令的控制单元；所述控制单元的信号检测方法包括：
第一步，利用混频器将射频或者中频信号与单频混频获得信号x1；
第二步，利用低通滤波器A去除信号x1的高频分量，低通滤波器A的3dB带宽大于分析带宽Bs，获得信号x2，此时x2是零中频的信号，并且带宽为Bs的信号受到滤波器A的影响很小，可忽略不计；
第三步，将信号x2同时进行二步处理：先将x2通过低通滤波器B，通频带为0--PBs，P<1，获得信号的低频时域信号x2L带宽为PBs；再将x2通过高通滤波器，通频带为PBs－Bs，获得信号的高频时域信号x2H带宽为(1-P)Bs；
第四步，利用时域累计，即时域信号的模的平方和，求出信号x2L的能量值EL，以及信号x2H的能量值EH；
第五步，求得比值R＝EL/EH；
第六步，门限标定，首先对有信号和无信号的数据进行多次求R值，通过统计概率获得门限C1和C2，C2>C1，C2值的大小主要影响漏检概率，C1的大小主要影响误警概率，所选择的门限应保证以上两种不利因数可能的小；
第七步，标志位flag的更新，flag＝0，表示前一次检测结果为无信号，此种条件下，只有当R>C2时判定为当前检测到信号，flag变为1；当flag＝1，表示前一次检测结果为有信号，此种条件下，只有当R<C1时判定为当前未检测到信号，flag变为0；
第八步，根据标志位控制后续解调线程等是否开启：flag＝1，开启后续解调线程等，否则关闭后续解调线程；
与控制单元通过无线串口通讯模块连接，用于对接收的指令进行分析和处理的微处理器；
与微处理器有线连接，用于发射治疗光线的照射装置；
与微处理器有线连接，用于调节治疗光线的调节装置；
与微处理器有线连接，用于拍摄治疗画面的摄像头；
与微处理器有线连接，用于发射和接收无线网络信号的网络传输模块；
与网络传输模块通过GPRS无线网络无线连接，用于进行数据传输与交换的云服务器；所述GPRS无线网络基站获取x1和x2的接收干信比，即干扰信号与期望信号的功率比ki(i＝1,2)，信噪比以及干扰与期望信号的空间相关度cos2θ，并计算xi的接收准则
其中，i＝1,2，为信噪比，对于i＝1，E1＝H1p1，对于i＝2，E2＝H2p2，
与网络传输模块通过GPRS无线网络无线连接，用于远程控制的外部设备；
所述控制单元上安装有显示装置和打印装置，显示装置和打印装置均通过数据线与微处理器相连接；
所述电源模块与微处理器有线连接，用于提供电源；
所述无线充电模块与电源模块有线连接，用于利用外部电源对电源模块充电。
2.如权利要求1所述的基于互联网的眼科用手持式交联治疗控制系统，其特征在于，所述网络传输模块的网络覆盖分布式方法具体包括以下步骤：
步骤一，节点si的邻居，覆盖的点位置，预设网络寿命L，电池寿命Bi，si的标记类型UPD，ii＝1；
步骤二，判断是否ii＜L/l，若是，则直接进行下一步，否，则标记类型，标记为LAB的节点的最优工作时间安排，然后结束；
步骤三，计算最大额外有效覆盖时间和工作优先度，并向邻居广播mes(i,Null,UPD,ΔPi)；
步骤四，判断若，是，si的ΔPi在邻居中是否最大，若si的ΔPi在邻居中是最大，si标记自己为并向邻居广播 若xsi的ΔPi在邻居中不是最大，判断si是否接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)；若si是接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)，则si更新邻居sk的信息，重新计算并且向邻居广播mes(i,UPD,Null,ΔPi)；若si没有接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)，则，判断si是否接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，若si是接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，si更新邻居sk的工作优先度；若si没有接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，则返回判断
3.如权利要求1所述的基于互联网的眼科用手持式交联治疗控制系统，其特征在于，所述
簇的建立阶段，簇首节点产生后，主动向网络中所有节点广播这一消息；未被选择作为簇首的传感器节点选择最优簇首，并发送加入该簇的请求信息；簇首收到请求后，将节点设置为簇内成员；簇形成后，簇首通过广播方式告知为簇内每一个节点分配一个TDMA通信时隙；只有在属于自己的时隙内，成员节点才可以向簇首节点发送数据；
步骤三，传输数据的稳定阶段，用于聚集和处理数据，路由数据；节点采集数据，对数据进行融合。
4.如权利要求2所述的能量异构无线传感器网络中的簇首选举及其轮换方法，其特征在于，所述无线充电模块的簇的建立阶段，簇首节点产生后，主动向网络中所有节点广播这一消息；未被选择作为簇首的传感器节点选择最优簇首，并发送加入该簇的请求信息；簇首收到请求后，将节点设置为簇内成员；簇形成后，簇首通过广播方式告知为簇内每一个节点分配一个TDMA通信时隙； 只有在属于自己的时隙内，成员节点才可以向簇首节点发送数据；具体包括：
(1)在每一轮中选举PN个簇头节点，其中P为优化簇头比例，也是加权概率；每一个节点由下面的概率门限来决定是否成为簇头节点：
其中，r为当前的轮数，G为在最近轮中没有成为簇头的节点集合；每个节点都有机会轮流成为消耗能量较多的簇头节点；
E0表示普通节点的初始能量，a1,a2,...,an分别表示n种特殊节点所占的比例，b1,b2,...,bn分别表示特殊节点初始能量超过普通节点初始能量的倍数；
a1N,a2N,...,anN个特殊节点的初始能量分别为E0(1+b1),E0(1+b2),...,E0(1+bn)，剩下的(1-a1-a2,...-an)N个普通节点的初始能量为E0(1+bn)；
多级异构网络总的初始能量为：
N个传感器节点随机均匀分布在一个半径为A的圆形区域，sink节点位于区域中间，每一轮向簇头发送数据的过程中所耗的总能量为：
其中，l为簇头数，Eelec表示运行传输电路或者接收电路时每比特数据所消耗的能量，EDA为簇头执行数据融合的代价，为簇头到sink节点的平均距离， 为簇成员节点到簇头节点的平均距离，εampd4 sink和为放大器消耗的能量：
计算得到
对Eround关于l求偏导，并令该偏导数为0，则最优的簇头数为：
得到网络在每一轮消耗的能量总数Eround；同时，
网络的初始总能量Etotal已知，Rtotal为网络生命周期的估计值，也可得到：
Rtatal＝Etotal/Eround；
对这n+1种节点按照其初始能量取不同的加权概率Pi：
(2)节点i在第r轮的当前能量Ei(r)来选取其簇头轮转周期Ti，表示网络在第r轮的平均能量，以作为参考能量与节点的当前能量Ei(r)作比较，得到：
其中，Popt为优化簇头比例；
第r轮后网络每个节点的平均能量为：
代入计算得到加权概率Hi(r)；
得到各节点的概率门限。
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