CN201676355U - 基于ZigBee技术的输液监控*** - Google Patents

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黄洁文
周红锴
黄政武
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Abstract

本实用新型公开了一种基于ZigBee技术的输液监控***，包括有输液吊瓶及其余液量传感器，传感信号预处理电路，及位于护士站的管理端及位于病房的客户端；所述管理端包括有嵌入式主机及与该嵌入式主机相连的ZigBee网络协调器；所述各客户端各包括有若干个输液监控模块；所述各输液监控模块包括有ZigBee模块，输液吊瓶及其余液量传感器；所述各ZigBee模块与所述管理端的ZigBee网络协调器组成无线蜂窝网络。本***通过ZigBee无线模块把采集到的数据经过网络协调器，送回嵌入式管理主机进行处理，处理结果以图形方式在触摸显示屏上实时显示，该***可极方便地实现输液信息及护士巡房的记录和查询、数据统计及余液报警功能，可广泛应用在医院输液室，能大大提高输液管理水平。

Description

基于ZigBee技术的输液监控***
技术领域
本实用新型涉及一种医疗设施，更具体地说是涉及一种基于ZigBee技术的输液监控***。
背景技术
目前各地医院大部分都没有使用输液监控***，输液过程要依靠病人或者监护人进行人工监测，待输液结束时通过有线方式呼叫护士来处理。有时候病人睡着了，或者是护士处理速度慢等意外情形，容易导致回血事件发生，这样给病人和护士都带来很大的心理压力。而且，这种输液的人工监控方式，由于不能对病人的输液情况进行记录，无法为日后可能产生的医患纠纷提供更有效的数据。
现有科技文献也公开了一些输液解决方案，多是采用有线方式或者是简单的无线数据发射、接收方式，但其整个***的建设和更新工程较为复杂，扩展性差，并且，安装在病床的输液报警器也难以自由、灵活地移动和接入；同时，由于无法实现联网监控，无法记录病人的输液信息。除此之外，现有的解决方案都不具有护士查房记录功能。
发明内容
本实用新型的目的，即在于提供一种能解决上述不足的可对输液过程进行监控、声图报警，并可记录病人呼叫、病人信息及护士巡查信息的基于ZigBee技术的输液监控***。
基于ZigBee技术的输液监控***的各输液监控模块具有低功耗，无线化的特点，能快速、方便地组网，有效地解决了有线组网方式存在的难题。由于不需要繁琐的布线工作，建网时间可以大大减少，减少对正常医务工作的干扰时间；无线网络，特别是多用户接口时，没有有线网络的布线杂乱等问题，维修十分简单快捷；效率更高，可给用户带来更高的投资效益。更重要的是，本***具备数据记录功能，能够为日后需要提供历史数据统计，查询，打印功能。这样就可以大大提高医院的管理水平。
为了较好地解决上述问题，本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***包括有输液吊瓶及其余液量传感器，以及，位于护士站的管理端及位于病房的客户端；其特别之处在于：所述管理端包括有嵌入式主机，及，与该嵌入式主机采用电气常规技术相连的ZigBee网络协调器；所述各客户端各包括有一个或若干个输液监控模块；所述各输液监控模块包括有ZigBee模块，所述输液吊瓶及其余液量传感器，以及，与所述余液量传感器及所述ZigBee模块以电气相连的传感信号预处理电路；所述各ZigBee模块与所述管理端的ZigBee网络协调器组成无线蜂窝网络。所述ZigBee网络协调器和ZigBee模块可采用内置有射频收发器和单片机的芯片如CC2430，并设定工作于双向通信模式。CC2430是一颗真正的***芯片(SoC)CMOS解决方案，能够提高***性能并满足以ZigBee为基础的2.4GHz ISM波段应用，及对低成本，低功耗的要求。
作为对本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***的改进，所述各客户端包括有至少一个病房读卡器模块；所述病房读卡器模块包括有病房读卡器，以及，与该读卡器采用电气相连的ZigBee模块。
作为对本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***的另一改进，所述各输液监控模块还包括有一个病床读卡器；该病床读卡器与所在输液监控模块中的ZigBee模块以电气方式相连。
上述方案中，本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***所采用的余液量传感器，既可是电容式传感器、也可以是红外传感器或称重传感器，但优选采用双孔悬臂梁式称重传感器。并进一步地，在输液监控模块中的传感信号预处理电路中，充分利用SOC的特点，采用64阶FIR带通滤波算法生成的数字带通滤波器，对药液重量数据进行处理，能滤除因病人活动或者其它因素引起输液瓶摆动或震动造成的干扰。
作为对上述基于ZigBee技术的输液监控***的进一步优化，所述各输液监控模块还包括有输液续断单元，用于实现输液续断的自动控制；该输液续断单元包括有夹断电机，受该夹断电机驱动的蜗杆，与该蜗杆相啮合的蜗轮，以及，位于输液管旁侧并用于控制输液管内液体通断的、与该蜗轮同轴的凸轮；所述夹断电机采用步进电机，并通过驱动电路与所在输液监控模块中的ZigBee模块以电气方式相连。所述夹断电机、蜗杆、蜗轮、凸轮均置于一盒状壳体内；输液管的其中一段，通过设在上下盒壁并紧靠一侧壳壁的上、下卡槽，嵌于该壳体内。当输液完毕或需要人工结束输液时，ZigBee模块根据来自管理端、或病房/病床读卡器、或余液量传感器传送来的相关输入指令或信号，向夹断电机的驱动电路发出控制信号，带动所述夹断电机、蜗杆、蜗轮、以及凸轮转动，当凸轮转过一定角时，卡住输液管，即可实现停止输液；启动输液的情形，同理可推。
上述基于ZigBee技术的输液监控***中，所述护士站嵌入式主机采用PC机、或以ARM为处理器的主机。
上述基于ZigBee技术的输液监控***中，所述管理端的嵌入式主机包括有数据接收处理模块，数据存储模块，以及，和/或，触摸屏显示模块，和/或，通信模块，并配置有读卡器，和/或，触摸显示屏。所述触摸显示模块，包含有输液瓶及其余液量模拟显示单元，及，余液报警显示单元。所述管理端的ZigBee的网络拓扑体系结构从下往上包括物理层、数据链路层和应用层。
上述基于ZigBee技术的输液监控***中，所述各输液监控模块中还包括有呼叫按钮；所述呼叫按钮与所在输液监控模块中的ZigBee模块以电气方式相连。
本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***，采用称重法等方式通过传感器对剩余药液进行实时检测，通过ZigBee无线模块把采集到的数据经过网络协调器，送回嵌入式管理主机进行处理，处理结果以图形方式在触摸显示屏上实时显示药液的剩余情况，该***在保留有传统病人呼叫功能的基础上，还具有余液报警、输液结束夹断功能；结合相关的软件，可极方便地实现输液信息及护士巡房的记录和查询、数据统计、打印功能(如病人姓名，输液开始、结束时间、护士巡查病房时间等)，可广泛应用在医院各科室病房、急诊输液室，能大大提高输液管理水平。同进，由于本***可有效实现输液的自动监控，并有助于大大减少护士输液巡查的工作量，因而，可方便营造轻松的输液坏境，有利于改善医患关系，减少医患纠纷，从而提高病房医疗监护的工作效率。
本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***与现有技术相比，具有如下优点和效果：
a.***无线化、微型化：采用ZigBee无线技术具有多点接入能力及自组网功能，抗干扰能力强，扩展性好，可靠性高，拓扑性好，功耗低、成本低；
b.利用输液监控模块与网络协调器自组网的组网深度及路由信息，可实时记录网络的拓扑结构变化，并转化成对病人的位置变化及床位调换信息加以监控；
c.采用称重法对剩余药液进行实时检测，不影响药性；
d.操作简便，具有良好的交互界面，能实时显示剩余药液；
e.可对历史数据进行查询，具有护士病房巡查记录功能。
f.可实时采集各个病人的输液实时数据、病人的呼叫数据，病房/病床读卡器数据，并用ZigBee技术无线传输数据，护士站嵌入式主机实时接收数据，并进行有效处理、控制，从而实现对病人输液过程进行集中监控。
g.本实用新型设有自动识别药瓶规格的功能，即无论采用那种规格的瓶子，例如：100ml、250ml、500ml，由输液监控模块识别。
附图说明
图1是本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***的一个实施例的组成结构原理示意图。
图2是本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***的一个实施例的组成结构原理示意图。
图3是本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***的一个实施例的ZigBee蜂窝结构组网图。
图4是本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***的一个实施例的网络结构优化图。
图5是本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***的一个实施例的护士站管理端的层次结构图。
图6是本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***的一个实施例的病床侧的输液装置示意图。
图7是本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***的一个实施例的输液续断单元的组成结构示意图。
附图标记说明：
1-夹断电机  2-壳体  3-蜗杆  4-蜗轮    5-蜗轮轴   6-凸轮  7-输液管
8-呼叫按钮  9-输液续断单元  10-ZigBee模块   11-电池     12-称重传感器
13-上卡槽   14-下卡槽       15-ZigBee模块控制盒盒体
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***作进一步地说明。
图1和图2分别是本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***的两个实施例的组成结构原理示意图。
如图1和图2所示，本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***包括有位于护士站的管理端及位于病房的客户端，位于客户端的输液吊瓶及其余液量传感器，以及，所述管理端包括有嵌入式主机，及，与该嵌入式主机通过RS232相连的ZigBee网络协调器，该网络协调器采用内置有无线射频电路的芯片CC2430及其***电路组成；所述各客户端对应各个病房，各包括有若干个输液监控模块；所述各输液监控模块包括有由芯片CC2430及其***电路构成的ZigBee模块，输液吊瓶及其余液量传感器，以及，与所述余液量传感器及所述ZigBee模块通过I/O口相连的传感信号预处理电路(图中略去未画出)；所有各ZigBee模块与所述管理端的ZigBee网络协调器组成无线蜂窝网络。
如图1、图2、图6所示的本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***，采用的是双孔悬臂梁式称重传感器12。该称重传感器12可置于输液瓶挂钩上方的横梁上，也可如图6所示，水平固定在ZigBee模块12所在的控制盒盒体15上。所采用的传感信号预处理电路位于ZigBee模块与称重传感器之间，可采用常规技术，具体可包括有干扰抑制、信号滤波和放大等预处理电路，但可充分利用SOC的特点，采用64阶FIR带通滤波算法生成的数字带通滤波器，以增强***抗干扰性能。
图1所示的本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***，其各客户端即各病房包括有一个病房读卡器模块；所述病房读卡器模块包括有病房读卡器，以及，与该读卡器通过I/O口相连的ZigBee模块。该读卡器可识别并对射频识别卡进行读写，用于记录护士巡房等信息。图2所示的本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***，是在各输液监控模块中包括有一个病床读卡器；该病床读卡器与所在输液监控模块中的ZigBee模块通过I/O口相连。配合相关软件，该读卡器不但可用于记录护士巡床信息，还可用于记录护士的插/拔针等输液管理信息。
如图1、图2、图7所示的本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***，所述各输液监控模块还包括有输液续断单元，用于实现输液续断的自动控制；该输液续断单元9置于一壳体2内，包括有夹断电机1，受该夹断电机1驱动的蜗杆3，与该蜗杆3相啮合的蜗轮4，以及，位于输液管7旁侧并用于控制输液管7内液体通断的、与该蜗轮4同轴5的凸轮6；所述夹断电机1采用步进电机，并通过驱动电路(图中略去未画出)与所在输液监控模块中的ZigBee模块通过I/O口相连。图7中，夹断电机1、蜗杆3、蜗轮4、凸轮6均置于一盒状壳体2内；输液管7的其中一段，通过设在上下盒壁并紧靠一侧壳壁的上、下卡槽13和14，嵌于该壳体2内。
本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***中，还在所述各输液监控模块中保留有传统的呼叫按钮8；所述呼叫按钮8与所在输液监控模块中的ZigBee模块10通过I/O口相连。
本基于ZigBee技术的输液监控***中的护士站嵌入式主机，可采用PC机、或以ARM为处理器的主机。
本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***中，所述护士站管理端的嵌入式主机包括有如图5所示的数据处理模块，数据库访问模块，图形化人机接口模块，网络通信模块；并配置有读卡器，触摸显示屏。所述触摸显示模块，包含有输液瓶及其余液量模拟显示单元，及，余液报警显示单元，可根据从各客户端接收到的信号，动态模拟出相对应输液瓶液面的高度，结合相关软件即可方便地实现余液声图报警。所述管理端的ZigBee的网络拓扑体系结构从下往上包括物理层、数据链路层和应用层，如图4所示，省掉了网络层。
本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***，采用TI公司的CC2430射频芯片，它是具有高性能8051内核的无线单片机，在单个芯片上集成了微控制器、ZigBee RF前端和数模转换等电路。协议栈根据ZigBee协议自行开发，并可根据应用实际对协议栈进行优化。
由于输液监控模块和病房读卡器模块传输的数据量较小，因此采用易扩展的蜂窝网络拓扑结构。网络中各节点的IEEE地址进行统一分配，消息目的短地址均已知，因此采用静态PAN ID、直接消息模式，以免产生网络冲突。主节点COORD扫描信道，如果管理层实体找到合适通道，则利用所获信息为新网络选择一个PAN标识符。网络建立成功后，可启动各RFD先后进行MAC层复位、信道扫描、PAN标识符选择、连接请求，若得到COORD的请求确认和连接响应，则RFD成功入网，另外，根据各节点IEEE地址的唯一性建立了长短地址映射机制，在整个网络运行中均使用16位短地址模式而非64位长地址模式，以提高网络传输效率及网络性能。
本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***在科室病房应用中，其组网蜂窝结构图如图3所示，采用无线通信方式，实现了护士站嵌入式主机与各个输液监控模块，各个病房读卡器模块间的实时通信，具有安装维护方便、稳定性高、抗干扰能力强、功耗低以及利用率高等优点。***由护士站嵌入式主机、ZigBee网络协调器、多个病人输液监控模块、多个病房读卡器模块组成。护士站嵌入式主机位于护士站，管理多个输液模块和病房读卡器模块，通过无线网值班护士可以同时监控多名病人的输液、呼叫情况。
本实用新型基于ZigBee技术的输液监控***的工作过程：输液监控模块首先通过双孔悬臂梁式称重传感器与预处理电路将药液量转换成电信号，并进行干扰抑制、信号滤波和放大等预处理；然后通过CC2430内置ADC对数据进行采样、量化，再将转换后得到的数字信号与病人的呼叫信息一起送入基于ZigBee技术的RF发射器送往网络协调器。网络协调器将接收到得数据通过RS232送往护士站嵌入式主机。护士站嵌入式主机将多个无线输液监控模块提供的数据分别进行处理，对各个病人的输液、呼叫情况进行显示、报警。病房/病床读卡器读取护士的身份卡识别信息，通过RS232送给ZigBee模块，ZigBee模块以CC2430为核心，经过处理的数据送入到ZigBee技术的RF收发器送给网络协调器。网络协调器将接收到的数据通过RS232送给护士站嵌入式主机，护士站嵌入式主机对护士巡查的信息进行记录。在护士站嵌入式主机可以监控整个科室的病人的输液全过程，处理呼叫，并可对历史数据进行查询、统计、打印。护士站嵌入式主机采用PC或以ARM为处理器的主机，采用电阻式触摸屏，读卡器以RS232与嵌入式主机相连，打印机以USB方式与嵌入式主机相连，嵌入式主机具有RJ45网络接口，可与医院服务器相连，提供数据查询和备份。

Claims (10)

1.基于ZigBee技术的输液监控***，包括有输液吊瓶及其余液量传感器，传感信号预处理电路，以及，位于护士站的管理端及位于病房的客户端；其特征在于：
所述管理端包括有嵌入式主机，以及，与该嵌入式主机采用电气相连的ZigBee网络协调器；
所述各客户端各包括有一个或若干个输液监控模块；所述各输液监控模块包括有ZigBee模块，所述输液吊瓶及其余液量传感器，以及，与所述余液量传感器及所述ZigBee模块以电气相连的信号预处理电路；
所述各ZigBee模块与所述管理端的ZigBee网络协调器组成无线蜂窝网络。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的输液监控***，其特征在于：所述各客户端包括有至少一个病房读卡器模块；所述病房读卡器模块包括有病房读卡器，以及，与该读卡器采用电气相连的ZigBee模块。
3.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的输液监控***，其特征在于：所述各输液监控模块还包括有一个病床读卡器；该病床读卡器与所在输液监控模块中的ZigBee模块以电气方式相连。
4.根据权利要求1至3之一所述的基于ZigBee技术的输液监控***，其特征在于：所述液量传感器采用双孔悬臂梁式称重传感器；所述输液监控模块中的传感信号预处理电路中，包括有采用64阶FIR带通滤波算法生成的数字带通滤波器。
5.根据权利要求1至3之一所述的基于ZigBee技术的输液监控***，其特征在于：所述各输液监控模块还包括有输液续断单元；该输液续断单元包括有夹断电机，受该夹断电机驱动的蜗杆，与该蜗杆相啮合的蜗轮，以及，位于输液管旁侧并用于控制输液管内液体通断的、与该蜗轮同轴的凸轮；所述夹断电机采用步进电机，并通过驱动电路与所在输液监控模块中的ZigBee模块以电气方式相连；所述夹断电机、蜗杆、蜗轮、凸轮均置于一盒状壳体内；所述输液管的其中一段，经过设在其上下盒壁并紧靠一侧壳壁的上、下卡槽，嵌于该壳体内。
6.根据权利要求1至3之一所述的基于ZigBee技术的输液监控***，其特征在于：所述护士站嵌入式主机采用PC机、或以ARM为处理器的主机。
7.根据权利要求1至3之一所述的基于ZigBee技术的输液监控***，其特征在于，所述管理端的嵌入式主机包括有数据接收处理模块，数据存储模块，触摸屏显示模块，和/或，通信模块，并配置有读卡器，和/或，触摸显示屏。
8.根据权利要求8所述的基于ZigBee技术的输液监控***，其特征在于：所述管理端的ZigBee的网络拓扑体系结构从下往上包括物理层、数据链路层和应用层。
9.根据权利要求8所述的基于ZigBee技术的输液监控***，其特征在于，所述触摸显示模块，包含有输液瓶及其余液量模拟显示单元，及，余液报警显示单元。
10.根据权利要求1至3之一所述的基于ZigBee技术的输液监控***，其特征在于，所述各输液监控模块中还包括有呼叫按钮；所述呼叫按钮与所在输液监控模块中的ZigBee模块以电气方式相连。
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