华月 王家琦 余鹏 王江徽

摘要：研究表明，建设与应用智能远程医疗平台是提高医疗卫生资源配置利用率的重要手段，也是变革现有医疗服务模式的有效工具。物联网病房环境监控系统是一种应用于医院病房用来远程实时监控病房环境的专用系统，基于物联网感知层、网络层和应用层制作。感知层自动采集病房环境参数，利用ESP8266 WIFI模块远程将环境数据传输到服务器上。医务人员可通过移动终端系统查询病房环境参数并进行环境监控。实践表明，该系统对提高医院护理水平，加快医院运作的现代化管理进程，具有可靠的使用价值。

关键词：物联网技术;Android App技术;WIFI传输协议;病房环境监控系统

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）28-0061-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

未来5-10年医院信息化建设的应用发展要求在国家卫健委最新发布的《关于印发全国医院信息化建设标准与规范（试行）的通知》这一文件中被提出。文件中明确了医院信息化的建设要求及内容，指明二级及以上医院需要从软硬件、新兴技术应用等方面建设覆盖医院主要业务的信息化系统，满足医院临床业务、医院管理等工作需求，规范做好医院信息化建设。

传统医疗模式的弊端导致了一系列医疗混乱问题，从而引发了医院对传统医疗模式的改革需求。信息化和物联网技术的飞速发展与普及，改变了医院的服务理念和方式，为医疗领域的应用拓展提供了十分广阔的空间，整个医疗行业进入一个革新的时代。利用计算机和网络等现代科学技术的先进成果，改善传统病房环境监控系统势在必行。智能化的医院病房环境监控系统将在住院患者，尤其是危重病人的康复过程中起重要作用。医护人员可通过病房环境监控系统随时获取病人基本健康状况，监测病房内环境情况并做出细微调节，这将进一步改善医院病房的服务环境，加快医院运作的现代化管理进程。

本系统是应时而生的基于物联网的病房环境监控系统[1]，由感知层、网络层和应用层三层组成。医护人员可以通过本系统及时了解病房内环境相关信息和患者基本健康状况。实践结果显示，该系统可实现病患身体基本信息状况的实时获取和记录，同时还可实时监测到病房内的环境情况，此系统具有相对可靠的使用价值。医院可通过此系统进一步改善住院患者的居住环境，提高医院护理水平，改进医院环境管理及运营模式，促进医院信息化建设。

1 系统整体结构

物联网病房环境监控系统以物联网的感知层、网络层、应用层三层体系结构为依据[2]，感知层部分主要由温湿度传感器和空气质量传感器组成，实时监控病房环境数据;网络层由ESP8266 WiFi[3] 网络模块与位于底层的感知层相连，实现数据的传输，将大量感知到的信息传递给应用层;应用层由移动App、云端数据库和微信小程序组成，将病房实时数据可视化显示。医护人员成功完成身份识别后，可通过移动App实时获取病房环境数据，当病房环境变量（温湿度数值、空气质量指数）达到设置阈值时，蜂鸣器与 LED 灯会根据程序设置的对应场景情况及时反馈给医护人员并进行报警，此时用户可以通过移动终端的独立按键远程控制继电器外接设备开关，实现对病房环境变量（温湿度数值、空气质量指数）的调整，以达到合适的范围，为病人提供舒适的病房环境，减少病人家属和医护人员的工作量。同时云端数据库可以接收App上的数据，对实时病房环境数据进行可视化展示。整体结构图如图1所示。

2 三层构架体系

2.1 感知层

感知层是此系统实现物联网全面感知的核心部分，主要完成医院病房环境参数信息的采集与显示。感知层主要由DHT11温湿度传感器和MQ-2空气质量检测传感器组成，如图2所示。

感知层由DHT11温湿度传感器采集病房环境温湿度，MQ-2空气质量检测传感器检测病房空气质量，以STC89C51作为主控芯片，搭载多个电路，通过LCD1602液晶显示屏[4]实时显示病房环境的实时信息。此系统在设计时提供了三种不同环境异常下的报警处理方案，便于医护人员及时发现异常并进行相应的处理：当病房温度超出或低于设置阈值时蜂鸣器报警，红色的LED灯亮;当病房湿度超出或低于设置阈值时蜂鸣器报警，绿色的LED灯亮;当病房空气质量不达标时蜂鸣器报警，黄色的LED灯亮。本系统提供四个独立按键，能正常控制继电器和设置阈值以及复位，医护人员可通过独立按键来调节测量的病房环境实时温湿度数据和空气质量指标的阈值范围，同时继电器可以连接一些外设，通过WIFI模块实现移动App对继电器的远程控制，从而实现对病房环境的调整，达到适宜病人休养的病房环境 。硬件框图如图3所示。

2.2 网络层

网络层处理的是感知层在一定范围内所获得的病房环境实时数据，由ESP8266 WIFI模块（如图4所示）和TCP协议的socket编程[5]组成。通过单片机的复位键读取单片机的IP地址和端口号Port，输入IP地址和端口号连接单片机。单片机上的WIFI模块能建立实时信息传输通道，通过socket连接将环境数据传递给应用层的移动终端，通过函数BufferedReader（）接收数据，再通过函数putString（）将数据显示。医护人员登录点击相应按钮，触发手机端通过函数向单片机WIFI模块发送数据指令， WIFI模块接收该指令，按照单片机内部事先写入的程序做出处理，从而实现数据的无线通信[6]，构成完整的物联网综合系统。

2.3 应用层

应用层主要是处理感知到的病房环境实时数据，由移动App、云端数据库和微信小程序组成。该平台是在Android studio环境下搭建实现。在连接网络的情况下，医护人员成功完成身份识别后，打开App进入用户操作界面。输入IP号和端口号，点击连接按钮与下位机建立连接，若连接成功，则会显示“已成功连接！”。点击“环境监测”按钮，进入“实时环境度监测”，可观察到病房当前的温湿度曲线，温湿度数值，空气质量优劣等。此界面另有四个继电器按钮，可控制继电器的打开和关闭，远程控制外接设备的开关，实现对病房环境情况的改善，便于医护人员操作。结束后可退出界面，关闭软件即可。如图5所示。同时云端数据库可以接收App上的数据并进行可视化展示，医护人员可通过平台实时监控病房环境数据并对一段时间内的病房环境情况做出相应的评估，以达到建设更高标准医院病房环境的目标，为病人提供更优质的服务，真正做到以病人为核心的新时代医院服务标准。

3 结束语

本系统采用目前飞速发展的物联网技术，在充分研究单片机技术、WIFI传输协议的基础上，利用多种传感器增加采集到的数据信息，提供更加全面详细的病房实时环境数据，使用ESP8266 WiFi 网络模块实现数据实时传输，并利用云端数据库对病房实时数据进行存储，移动App对病房环境进行实时监控和调节，设计了基于物联网的医院病房环境监控系统。实际测试结果表明，本系统稳定性较好，感知层设备体积小易于放置，运行速度快、反应时间短，并能从云端获取病房环境实时情况和通过移动App远程控制继电器以达到改善病房环境的目的，实现对病房环境的远程实时监控和维护，时刻给住院患者安全舒适的居住环境，同时对提高医院护理水平，加快医院运作的现代化管理进程，减轻医护人员和病人家属的工作量具有较高的实用价值。

参考文献：

[1] 王家琦，李家良，王江徽，等.基于CDIO的《物联网医疗开发与实训》项目教学法研究[J].电脑知识与技术，2020，16（11）：170-171，173.

[2] 赵静，麻名蕊，宋振.基于物联网的智能家居安全防护系统设计[J].电子技术与软件工程，2017（5）：216-217.

[3] 张琥石，林伟龙，杨发柱，等.基于ESP8266 WiFi 模块的物联网体温监测系统[J].物联网技术，2020，10（12）：32-35.

[4] 李嘉宁，成丹，董璐，等.基于STC89C51单片机的智能杀菌除臭鞋柜设计[J].电子世界，2021（2）：151-153.

[5] 陈庭峰.基于Sockets通信的临床设备监控的设计实现[J].电脑知识与技术，2020，16（28）：56-57，64.

[6] 朱自强，姜作喜，彭巍巍.基于LoRa技术的远程无线通信方案的设计与实现[J].电子世界，2020（24）：162-163.

【通联编辑：梁书】