应用于病房的物联网监测控制系统设计与实现

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随着物联网时代的到来,智慧医疗、智能物流等多个领域开始探索物联网技术的应用。考虑到病人群体具有较低免疫力,对环境因素较敏感的特点,医院需要对病房环境进行有效监测和评估。现阶段的物联网技术存在异构性强,耦合度高的问题以及海量数据信息处理的需求,使得其对计算、存储、分析等方面都有更高的要求。这些要求都需要依托于处理能力与之匹配的平台,这使得物联网发展受限。论文以此为背景,结合病房内环境监测和电器设备操控的实际需求,设计一个应用于病房的物联网监测控制系统,提高病人修养环境。论文通过云平台实时监测病房内环境参数,实现对传感器节点与控制器节点的双向控制,并预测某一时间段的设备使用情况。论文主要分为两大部分,分别是物联网硬件系统和软件系统。(1)在物联网硬件系统中,论文设计了环境监测节点和控制器节点,节点包括主控制模块、Wi Fi联网模块、电源及外围电路模块、传感器模块和控制器模块。在硬件的基础上,编写软件程序,传感器节点实现了病房环境参数的采集,并将采集到的数据信息通过Wi Fi模块上传至云服务端;控制器节点可以接收云服务端发送的控制指令,根据指令完成相应操作,从而实现系统的双向控制。论文实现的节点模块主要有温度采集模块、湿度采集模块、二氧化碳采集模块、灰尘采集模块、重力采集模块和智能灯等控制模块。(2)在物联网软件系统中,论文基于消息队列遥测传输(Message Queuing Telemetry Transport,MQTT)的Mosquitto框架,实现了客户端和服务器端发布订阅模式的消息传输。利用Nginx作为服务器,通过Python编程语言编写服务处理程序,实现了云平台服务端与传感器节点/控制器节点的双向通信,存储和管理采集环境数据的功能;利用Web开发技术实现传感器节点状态变化的实时动画展示和操控,以可视化图像的形式展示数据;为实现用户个性化定制需求,对指定用户做出差别响应,利用attention机制对用户历史行为做数据挖掘,捕捉对目前行为预测有帮助的重点信息,预测未来设备状态,为系统日后二次开发提供方向。最后测试了物联网软硬件模块之间的通讯效果、交互效果和预测准确率,结果表明应用于病房的物联网监测控制系统长时间通信效果稳定,实时双向交互功能良好,可视化操作友好方便,不同设备的状态预测准确率近90%,可以满足病患监测病房环境和操控病房设备的需求。
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