CN109550112A - 基于LoRa技术的输液监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于LoRa技术的输液监测系统，主要解决现有输液监测系统监测准确率低，功耗高，监测范围小的问题。其包括莫非氏滴管、数据采集单元、输液监测终端、LoRa网关、本地服务器、物联网云平台、本地输液监控设备和远程监控设备；其中数据采集单元包括线阵CCD传感器和均匀光源，分别安装于莫非氏滴管的两侧；输液监测终端的输入端与线阵CCD传感器的输出端连接，其输出端通过LoRa网关与本地服务器连接；本地服务器的输出端分别与本地输液监控设备和物联网云平台连接，该物联网云平台的输出端与远程监控设备连接。本发明提升了输液监测准确率，降低了系统功耗，扩大了监测范围，可用于医院远距离对输液状态实时监测。

Description

基于LoRa技术的输液监测系统
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种输液监测系统，可用于医院对病人输液状态的监测。
背景技术
随着生活节奏不断加快，输液逐渐成为一种常用的疾病治疗手段。据公开数据显示，在我国，每年输液量上百亿瓶(袋)，平均每人8瓶，远超国际的2.5-3.3瓶，所以输液安全在我国就显得尤为重要。目前，大多输液监测由护士巡视与患者的主动呼叫来完成。而在大型医院，护士需要巡视的的患者人数众多，而护士并不能有效预估输液进度，当输液完成时不能做到及时处理，可能造成回血，空气栓塞等症状，从而影响患者身体健康，故急需一种能够实现智能输液监测的设备来解决上述问题。
目前市场上出现了很多可以实现自动输液监测的设备，但是都普遍存在以下缺点：1)监测方法准确率低，容易造成误报警或漏报警，降低医护效率且有可能造成医疗事故；2)监测信息只能在病房或者护士台进行获取，不能实现远程的实时监控，仍然不够智能化；3)功耗过高，监测装置充电或更换电池次数频繁；4)采用传统的ZigBee、WIFI、蓝牙等无线传输方式，存在传输距离近，连接数量少，穿透性弱，功耗高等缺点。
山东大学在其申请的专利“输液监测报警器”(申请号：201810518375.5，公开号：CN108671324A)中公开了一种输液监测装置，其中，液滴终端微处理模块的监测算法包括输液速度计时系统和报警计时系统,输液速度计时系统的算法采用门限滤波和遗忘算法处理，其步骤为：红外对管采集莫非氏滴管和药液滴落的漫反射和折射效应的信号并转换为电信号，液滴终端微处理模块在充电电路供电情况下上下波动为0.1-0.3V，即检测到电压变化为2-8％，由于每一液滴信号都存在一个冲击尾峰，对于这个信号的处理采用直接将信号进行AD转换，将采集到的电信号数值放大，并设定两个门限值，当突破上限值时，标志位置TRUE，突破下限值时标志位置FALSE，标志位经过两次变换时，记为检测到一个液滴；若检测到信号的尾峰冲击，则根据液滴的时间戳信息比对，判断液滴频率小于一定时间间隔的液滴信息予以忽略。
该专利申请中采用红外对管采集莫非氏滴管内药液滴落的电信号，并对该电信号设置门限值来判断是否监测到液滴，但当输液液体存在颜色差异时，不能准确判断是否有液滴滴下，故存在监测准确性问题。
湖南人文科技学院在其申请的专利文献“基于WIFI的可视化静脉输液监控系统”(申请号：2011620348794.5，公开号：CN205729896U)中公开了一种输液监控系统，其包括:通过无线WIFI相互连接在一起的护士一侧数据接收器和病人一侧数据发送器；所述护士一侧数据接收器包括嵌入式处理器，嵌入式处理器输入输岀端连接PC机、WIFI模块，输岀端连接液晶显示模块、语音提示模块、声光报警模块；病人一侧数据发送器包括嵌入式处理器，嵌入式处理器输入输岀端连接WIFI模块,输入端连接点滴速度监测模块、键盘模块，输岀端连接液晶显示模块、声光报警模块、输液速度控制模块；护上一侧数据接收器的嵌入式处理器输入端连接麦克风；病人一侧数据接收器的嵌入式处理器输入端连接麦克风，输出端连接语音模块。
该专利存在的不足之处是：1)采用WIFI通信技术，通信距离较短，当护士台数据接收器离病房较远时，无法实现可靠通信；WIFI组网网络容量较小，不能应用于大量病床输液的管理；功耗高，电源管理问题突出。2)输液状态监测受地域影响严重，只能在医院或医院附近，无法完成远程的实时输液监测。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种基于LoRa技术的输液监测系统，以降低功耗，扩展监测范围，拓宽网络容量，提高监测准确率，实现远程的实时输液监测。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种基于LoRa技术的输液监测系统，包括莫非氏滴管、数据采集单元、输液监测终端和本地输液监控设备，其特征在于：还包括本地服务器、本地输液监控设备、物联网云平台和远程监控设备；
所述数据采集单元，包括线阵CCD传感器和均匀光源，分别安装于莫非氏滴管的两侧；
所述输液监测终端，其输入端与线阵CCD传感器的输出端连接，其输出端通过LoRa网关与本地服务器连接；
所述本地服务器的输出端分别与本地输液监控设备和物联网云平台连接，该物联网云平台的输出端与远程监控设备连接。
进一步，所述输液监测终端包括：电源管理模块、信息显示模块、呼叫模块、报警模块以及LoRa通信模块，这些模块均与单片机相连，用于采集、识别、显示输液状态，启动报警，完成远程呼叫。
进一步，所述LoRa网关的输入端通过星型组网的方式连接多个输液监测终端的输出端，其输出端通过RS485串行总线与本地服务器的输入端连接。
本发明现有技术相比，具有如下有益效果：
1.本发明采用LoRa通信技术，由于其穿透能力强，网络容量大，每栋大楼只需要安装一个LoRa网关就可以是实现大楼内所有病床的输液状态监测，克服了传统无线传输方式如蓝牙、WIFI等室内传输距离近的缺点，带来了更大的监测范围。
2.本发明中输液监测终端仅需周期性采集液位信息，所以当空闲状态时，单片机进入低功耗模式；LoRa模块无通信任务时设置为空中唤醒模式；远程监控设备与云端管理使用MQTT协议进行通信，降低了系统功耗。
3.本发明采用线阵CCD与均匀光源组合的方式来进行液位数据采集，不受所输液体颜色的限制，克服了传统输液监测方法可靠性低的缺点。
4.本发明采用了物联网云平台，故医护人员或家属可通过远程监测设备，如手机，PC，PDA终端访问物联网平台，即可实时查看输液状态。
综上，本发明具有监测稳定性高，网络容量大，监测范围广，功耗低，可远程实时监测的优点。
附图说明
图1为本发明的整体结构框图；
图2为本发明中的数据采集单元结构图。
图3为本发明中的输液监测终端结构框图。
图4为本发明中对莫非氏滴管的检测波形图。
图5为本发明中对莫非氏滴管的液位高度拟合图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述，应当理解，此处所描述具体事例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
参照图1，本发明包括莫非氏滴管1、数据采集单元2、输液监测终端3、LoRa网关4、本地服务器5、本地输液监控设备6、物联网云平台7和远程监控设备8。其中：
所述数据采集单元2与输液监测终端3相连，LoRa网关4的输入端与多个输液监测终端3的输出端连接，LoRa网关4的输出端连接本地服务器5的输入端，本地服务器5的输出端分别与本地输液监控设备6和物联网云平台7连接，该物联网云平台7的输出端连接远程监控设备8；
所述LoRa网关4的输入端通过星型组网的方式连接多个输液监测终端3的输出端，其输出端通过RS485串行总线与本地服务器5的输入端连接，用于接收输液监测终端3的输液状态信息，并传输至本地服务器5。
所述本地服务器5包含：数据库、RS485通信模块、数据处理器和第一网卡，该数据库、RS485通信模块的输出端、数据处理器均与数据处理器连接。其中：RS485通信模块的输入端与LoRa网关4的输出端连接，两者之间进行通信；第一网卡的输入端连接数据处理器，其输出端连接物联网云平台7的输入端，完成输液信息上传的功能；数据库用于对输液信息进行存储；数据处理器用于对输液数据的处理及用户权限的管理；
所述本地输液监控设备6包括：语音报警模块、显示器、第二网卡和监测处理器。该语音报警模块、显示器、第二网卡均与监测处理器连接。其中：第二网卡的输入端连接本地服务器5的输出端，其输出端连接监测处理器，实现输液状态信息的获取；显示器的的输入端与监视服务器相连，用于实时监视多个输液监测终端3的输液状态；语音报警模块用于提醒医护人员输液完成；监测处理器用于实现报警管理及用户登录。
所述物联网云平台7，采用OneNET物联网开放平台，用于对输液信息进行云端存储和管理。所述远程监控设备8为手机或PDA终端或PC机。
参照图2，所述的数据采集单元2，包括线阵CCD传感器21和均匀光源22，CCD传感器21分别安装于莫非氏滴管1两侧，均匀光源22用于增大有用光信号，减少自然光对液位采集的影响，线阵CCD传感器21用于采集莫非氏滴管1的液位高度。
参照图3，所述的输液监测终端3，包括电源管理模块32、信息显示模块33、呼叫模块34、报警模块35、和LoRa通信模块36，这些模块均与单片机31相连；其中：
电源管理模块32，包括电池与电压转换电路，电池采用3.7V锂电池，用于为各个模块提供稳定的电源；
信息显示模块33，采用OLED显示屏，用于指示莫非氏滴管1的液位信息；
呼叫模块34，用于完成病房端的远程呼叫，当呼叫模块34被触发，护士台会收到呼叫信号；
报警模块35，用于当输液即将完成时实现报警；
LoRa通信模块36，采用空中唤醒的工作模式，完成与LoRa网关4的通信。
单片机31，采用STM32L0系列低功耗单片机，用于完成各模块协调工作，保证该系统的高效与低功耗。
本发明的工作原理如下：
工作时，打开均匀光源22，光线穿过莫非氏滴管1照射在线阵CCD传感器21上，经过10毫秒积分时间，线阵CCD传感器21将光信号转换为电信号，并保存在内部寄存器中，此时，均匀光源22关闭，采集完成；采集得到的电信号经过单片机31进行采样和滤波得到60个灰度值信号，该灰度值信号即为莫非氏滴管1的检测波形图，如图4所示，图中a部分为莫非氏滴管1无液体部分波形，b为曲线最低点，c代表莫非氏滴管1有液体部分波形，由于在液面位置光线会发生反射与散射，故b点的位置与液面高度存在线性关系，图5为7组液位实测值和测量值对应b点位置的拟合曲线，由图5可以得到液面位置Hl与曲线最低点位置Xl为线性关系，其关系如下式：
Hl＝-0.047+3.24×Xl
单片机31通过上式可以根据Xl计算得到莫非氏滴管1中液面高度Hl；
单片机31首先采集到5组液位高度Hl1,Hl2,Hl3,Hl4,Hl5计算出其中值Hm，作为基准液位，再记录基准液位与每次采集的液位高度的差值δi＝Hm-Hi i＝6,7....，由于液面会存在轻微晃动，故通过设置阈值来区分正在输液与输液即将完成状态，当在连续多次检测中δi小于某阈值，说明莫非氏滴管1内液位已经下降，此时设置报警信号Alert＝1，单片机31驱动报警模块35发出报警指示，若判断液位未下降设置Alert＝0。
得到液位高度和Alert报警信号后，单片机31会通过LoRa通信模块36将该信息传输至LoRa网关4，LoRa网关4通过RS485协议将该信息传输至本地服务器5，本地服务器5将该信息存储至数据库，同时利用HTTP协议上传至物联网云平台7；本地监控设备6从本地服务器5获取液位信息，实时监控液位高度，当获取到Alert＝1时，完成报警；同理，远程监控设备8可以通过MQTT协议从物联网云平台7获取液位信息，实现远程的实时监控和报警。
当一次输液完成，本地服务器5和物联网云平台7会记录本次输液信息，如开始时间、完成时间、病床号以及病人信息，这些该信息供后续历史信息查询使用。
以上仅为本发明的一个具体实例，并不构成对本发明发的任何限制，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于LoRa技术的输液监测系统，包括莫非氏滴管(1)、数据采集单元(2)、输液监测终端(3)和本地输液监控设备(6)，其特征在于：还包括本地服务器(5)、本地输液监控设备(6)、物联网云平台(7)和远程监控设备(8)；
所述数据采集单元(2)，包括线阵CCD传感器(21)和均匀光源(22)，分别安装于莫非氏滴管(1)的两侧；
所述输液监测终端(3)，其输入端与线阵CCD传感器(21)的输出端连接，其输出端通过LoRa网关(4)与本地服务器(5)连接；
所述本地服务器(5)的输出端分别与本地输液监控设备(6)和物联网云平台(7)连接，该物联网云平台(7)的输出端与远程监控设备(8)连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述输液监测终端(3)包括：电源管理模块(32)、信息显示模块(33)、呼叫模块(34)、报警模块(35)以及LoRa通信模块(36)，这些模块均与单片机(31)相连，用于采集、识别、显示输液状态，启动报警，完成远程呼叫。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述LoRa网关(4)的输入端连接多个输液监测终端(3)的输出端，其输出端通过RS485串行总线与本地服务器(5)的输入端连接。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述本地服务器(5)包含：
数据库，用于对输液监测终端的数据进行存储，
RS485通信模块，用于与LoRa网关(4)进行通信，
数据处理器，用于对输液数据的处理及用户权限的管理，
第一网卡，用于与物联网云平台(7)进行通信。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述物联网云平台(7)采用OneNET物联网开放平台。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述远程监控设备(8)为手机或PDA终端或PC机。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述本地服务器(5)通过HTTP协议与物联网云平台(7)进行通信。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述远程监控设备(8)通过MQTT协议与物联网云平台(7)进行通信。
9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：
所述LoRa通信模块(36)，采用空中唤醒的工作模式。
单片机(31)采用STM32L0系列低功耗单片机。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述本地输液监控设备(6)包括：
语音报警模块，用于提醒医护人员输液完成，
显示器，用于实时监视多个输液监测终端(3)的输液状态，
第二网卡，用于与本地服务器(5)进行通信，
监测处理器，用于实现报警管理及用户登录。
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