移动远程医疗监护系统的设计与实现[20191215150659]
摘 要
随着生活节奏的加快，压力的增大，心脑血管疾病发病率增加，这样一种能够实时监控病人生理健康的远程医疗系统应运而生，远程医疗是通过无线网络将远端的生理和医学信号传送到监护中心进行分析，并给出诊断意见的一种技术手段。
本文主要介绍了一种远程医疗监护系统的设计实现和调试过程。系统由终端和主机两大部分组成，其中终端部分包括数据采集模块、控制模块和无线发送模块，主机部分包括无线接收模块、控制模块和系统监护平台。其中数据采集模块包括脉搏信号采集电路和血压信号采集电路，终端和主机的控制模块主要芯片都采用STC12C5A60S2单片机，无线发送接收以SIM300模块为核心，单片机采用C语言编程。系统监护平台包括服务器软件和短信发送模块。采集端采集到的数据通过无线通信模块传输主机的服务器上，服务器会根据数据进行诊断然后将数据保存在SQL数据库，如果发现异常则通过短信发送模块给患者及家属发送短信通知，服务器软件编程采用Java多线程实现，提高了系统响应的并发性,论文末尾还对系统调试做了介绍并且给出了相应调试图片。
本文介绍的远程医疗监护系统的特点是实时性、远距离、同时对多个病人进行监护诊断，除了应用在家庭以外，系统还可以通过相应改进应用在太空仓用于给航天员诊断,还可以用于南北极科考站等地方。
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关键字:字远程医疗监护系统；SIM300模块；单片机；SQL数据库；java语言
目 录
摘 要 I
Abstract Ⅱ
目录 Ⅲ
第一章 引 言 1
1.1课题研究背景和意义 1
1.2远程医疗监护的研究现状 2
1.2.1国外研究现状 2
1.2.2国内研究现状 3
1.3毕设课题任务 4
第二章 方案论证 5
2.1基于云计算的远程监护 5
2.2基于无线传感网与移动主体的远程监护 7
2.3最终方案 8
第三章 系统硬件设计 10
3.1 数据采集模块设计 10
3.2 控制模块设计 14
3.3 无线通信模块设计 17
3.4 PC机配置 20
第四章 系统软件设计 21
4.1数据采集流程图及程序设计 21
4.2 无线通信模块流程图及程序设计 25
4.3 控制平台流程图及程序设计 28
第五章 系统调试与问题解决 34
5.1硬件调试 34
5.2 软件调试 36
5.3 软硬件联调 37
总结与展望 48
致 谢 40
参考文献 41
附录A实物图 42
附录B外文翻译 43
第一章 引 言
1.1课题研究背景和意义
众所周知，由于生活和家庭的双重压力在这个生活节奏加快的年代，心脑血管疾病已成为各国人民健康与生命头号杀手。每年大概有260多万人死于这种疾病，折合到每天就是平均7000多人，也就是说每12秒就会有一个生命因为心脑血管疾病而离开人世。所以有效地预防心脑血管疾病具有相当大的社会和生命意义。但是，现实情况下心血管疾病的发病时瞬间的而医生不能够每时每刻监控病人的身体状况，也就不能实时给出诊断意见，则会给减少这种病因造成的死亡率带来相当大的困难，因此，怎样才能解决这个实时性监测问题，从而给社会给家庭减轻压力是这些年医疗和电子信息技术领域苦思冥想的重大课题。
众所周知，现如今的电子信息产业和技术的发展可谓突飞猛进，在各个行业做出了突出贡献，当然它也可以被应用到我们熟知的医疗行业。同样，如何将电子信息技术应用到医疗行业也是世界上很多欧美国家的共同难题，许多国家正积极努力推动医疗信息基础建设（HCII）我国也推出了金卫医疗网络工程等项目，目的在于集成信息科学、计算机科学技术和通信技术应用于医疗卫生领域的高科技产业，优化医疗保健服务，加速实施我国医院管理及医疗卫生事业现代化建设的进程。
电子信息技术、现代通信技术的快速发展可以很大程度上促进远程医疗事业的发展和兴旺，那远程医疗技术到底有着哪些重要意义呢，答案如下：
(1)现实生活当中一个看病难题就是医生与病人之间的空间距离问题。这是医生能够实时监控病人的关键问题，远程医疗监护就可以让医生时时刻刻通过远程客户端来监测病人的情况从而给出诊断和警告。
(2)除此之外，远程医疗监护系统还特别适用于那些孤独的老年人还有残疾人，除了能够实时监控他们的生理信息外，远程监护还能对他们的独立自理能力做出相应的评估和预测。
(3)远程监护还有一个更加人性化的功能那就是他可以应用在病人熟悉的家庭环境中，这样就给他们解除了一些心理压力。
(4)远程医疗监护还有预防重大疾病的作用，提前检测到一些疾病的病征就可以对有些重大疾病做出预防警告。
(5)今天的医学支持系统为信息领域中的新技术提供了一个进行评测的有力平台，比如虚拟环境、智能传感和辅助医生的决策系统等等。
1.2远程医疗监护系统研究现状
基于电话网在我国广泛覆盖的事实，将远程医疗监护系统用电话线接在互联网上是一个不错的选择。
重庆大学的几个学生曾经用C语言搭建了远程监护平台，这个平台能够实时根据具体需要传输病人的相关体征信息，使得远在医院的医护人员能够通过客户端的界面对病人的病情做出讨论和诊断并以最快的速度和方式给出解决方案从而达到远程监护的目的。以上平台的基本模型就是通过网络语言编程建立一个带有若干客户端的远程服务器模型将病人和医生两个点穿越空间连接起来，显然监护软件分为两个人机交互端，病人可以将它自己的客户端通过电话线连接到互联网上来选择他需要的医生或者医院，同样医院也可以通过Internet对多个病人进行监护。
1.2.1国外研究现状
50年代末期在美国首先用双向电视系统搭建远程医疗系统以后，通讯和电子技术被其他人以用到远程监护系统中就成了一件常事。到了60年代初卫星微波技术被美国人用来建立远程医学实验台为太空中宇航的员提供远程医疗监护服务。到了八十年代中期，电子技术和通信技术发展迅速，在一些压缩编码技术发展成熟得情况下，对带宽降低要求的视频音频技术也给远程监护技术带来了质的飞跃。世界各国争先恐后的开展了一系列高技术质量的远程监护技术的研制和开发。
1988年美国提出远程医学系统应该成为一个开放式的研究从而能够更快促进其发展研究。因此，国际远程通讯联盟发展局在1994年的BuenosAirds举行的世界远程通讯发展会议上第一次提出了远程监护技术研究的问题。2006年，university of Aarhus开发研制了A2ware系统，这个系统可以实现多个医生同时对一个病人进行远程会诊，这样医生就可以从办公室中完全解脱出来只要是有监护终端的地方他们就能展开会诊，或者说只要是有网络的地方他们就可以为病人看病。
随后，意识到此项技术的重要性，瑞士、韩国、墨西哥等国家都参与到了远程医疗监护技术的开发和研究当中去了。2003年，苏黎世ETH大学成功研制成了一个远程医疗监护系统--AMON。此系统是可以穿在身上的一种心脑疾病以及呼吸疾病的诊断报警系统可以对对病人的血压、脉搏、体温、血液含氧量等多个体征胜利参数进行监控。除了学校之外，很多社会上的电子商业公司和研究机构也越爱越多的投入到这项研究当中来，这让远程监护的快速发展成为了可能。
1.2.2国内研究现状
在我国国内，远程监护技术发展比其他欧美国家发展相对较晚，但是目前也正在向着规模化的方向发展。
很多人认为远洋航运公司对远洋货轮船员急症患者进行的跨海会诊是我国最早的一次远程医疗活动。而实际上我国现代意义上一次远程医学活动发生在1988年解放军总医院通过卫星与德国一家神经科医院对一起神经科病例的讨论。从那以后，我国远程医疗监护才开始进入尝试性发展。1994年华山医院与上海交通大学利用电话线接入互联网的方式进行了一次会诊演示，1995年上海教育科研网、上海医大完成了一次规模相对较大的远程医疗监护活动，此次活动的的意义是实现了交互图象传递。
从2000年开始，我国的远程监护技术终于进入到了比较规范的应用阶段：2007年11月，上海交通大学医学院成功卡发出了国内首个五项远程医疗监护系统，该系统运用无线电技术可以成功将生理信息信号转化为数字信号传输，从而使得医生能够在远端不依赖电话线的基础上实施监护。2008年汶川地震救灾中，千里之外的灾区重伤员在上海卫生系统运用远程医疗监护技术开辟的灾区外救援的“第二战场”得到及时有效的诊治。2010年5月，警总医院急救监护中心成立了国家首个急诊远程监护室，监护室运用GPRS无线传输技术对心脑血管疾病多发人群进行远程监护和诊断预防。不管病人在什么地方，只要随身带着”监护宝”就可以根据自身需要随时启动远程监护系统和医生取得联系从而得到医生的指导和帮助。
1.3毕设课题任务
基于以上分析,本文介绍了一种基于无线通信的移动远程医疗监护系统它利用移动终端进行实时的心电采集和发送,并利用GPRS通讯技术实现与监护平台的远程无线通信，是一种面向家庭!社区以及农村医疗的新型远程监护系统。
本文根据移动远程医疗系统的实际需求,针对移动远程医疗系统的技术难点展开研究,主要研究点概括如下:
(1)为了满足病人需要将无线监护系数据采集端随身携带的要求,系统基于单片机为主控模块以减小体积。
(2)在数据采集数据后应用现在成熟可靠地数据压缩编码技术对数据进行处理后发送到监护中心,可靠高效。
(3)为解决并发处理对服务器带宽的巨大考验等问题,本文通过分布式的服务端架构,使得数据采集、数据传输、用户会话控制等功能在物理服务器上分别进行,有效提高了服务端整体性能。
(4)详细分析基于示波法的血压测量算法;
(5)从整体的角度综合考虑服务器端、网络传输、手机终端和数据采集端四个部分,达到足不出户就能实时监测、诊断患者的心电功能和接收反馈信息的医疗监护效果。
(6)初步设计了移动式远程心电监护系统,构筑系统框架和网络结构,规划工作服务流程,分析系统功能模块。第二章 方案论证
设计初期,通过查阅各种资料得知能实现远程监护的方案有很多种,以下列出常见方式,通过分析比较他们的优缺点决定本设计的最终方案。
2.1基于云计算的远程监护
云计算通常分为狭义云计算和广义云计算两种:狭义云计算中“云”的意思是供资源的网络。“云”中的资源对于他的使用者来说是可以根据自己的需要和调校无限扩展延伸的。广义云计算中“云”的意思是一种可以实现自我维护管理的虚拟计算资源，通常情况下云计算将一些包括计算服务器、存储服务器、宽带资源在内的大型服务器群的所有计算资源集中起来然后全自动分配发放，无需人为管理控制。
云计算主要是由分布式处理、并行和网格计算综合起来发展而来的，他的主要作用是利用网络上的所有计算机资源为用户庞大复杂的计算提供服务从而加快了效率也提高了网络计算资源的利用率，使用户能够体验到高性能并行计算所带来的方便和快捷。概括起来说云计算是虚拟化、高效率计算、基础设施、平台服务、软件服务等概念混合演化的最终结果。
ZigBee是一种最新发站起来的短距离、低速率为实现监测和控制的无线网络而研制的简单实用的无线网络技术，他自己有一套完整的标准开放体系，是被很多国家公认的主要应用在短距离通信并且数据传输速率要求不高的电子设备上。
利用无线传感网络技术的实时通讯传输技术和云计算的存储处理能力，就可以将分散在家庭、社区及医疗机构的患者与医生联系起来，实时掌握患者的病情、及时决定可行的治疗方案，使患者就近及时得到救治，实现有限医疗资源的最大利用，保障老百姓的生命健康。

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