描述

醫(yī)療保健是每個人的必需品或基本需求之一。但許多發(fā)展中國家由于缺乏醫(yī)療衛(wèi)生專業(yè)人員或醫(yī)生和衛(wèi)生場所醫(yī)院而未能滿足要求。這些都是需要盡快解決的主要挑戰(zhàn)。

醫(yī)師密度

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圖片來源：維基百科

隨著技術(shù)的發(fā)展和高速的互聯(lián)網(wǎng)連接，我們幾乎可以即時或?qū)崟r地與地球另一端的任何人進(jìn)行交流。但發(fā)展中國家仍然缺乏許多基礎(chǔ)設(shè)施，如手機(jī)信號塔和光纖互聯(lián)網(wǎng)連接。基于衛(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)旨在解決這些問題。然而，部署衛(wèi)星為全球提供互聯(lián)網(wǎng)接入將是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

“ 10 億人生活在發(fā)展中國家，每天不到 1 美元，25 億人每天生活費(fèi)不到 2 美元；超過 26 億人無法使用廁所和其他衛(wèi)生設(shè)施；每天有30,000 名五歲以下兒童死亡，主要死于脫水、營養(yǎng)不良和可預(yù)防的疾病。”——貝爾，全球經(jīng)濟(jì)研討會。改善窮人獲得醫(yī)療保健的機(jī)會，尤其是在發(fā)展中國家

根據(jù) 2008 年《紐約科學(xué)院年報(bào)》的一篇文章，低收入和中等收入國家承擔(dān)著世界上 90% 的疾病，但僅占世界衛(wèi)生支出的 12% 。

在這個項(xiàng)目中，我想通過使用簡單的電子元件和微控制器來展示我們?nèi)绾螒?yīng)對世界上主要的醫(yī)療保健挑戰(zhàn)。

讓我們開始吧，

第 1 步：架構(gòu)

數(shù)據(jù)采集??與傳輸

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系統(tǒng)的基本框圖如下圖所示，系統(tǒng)中有兩個主要模塊，一個是數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)，一個是接收系統(tǒng)，將放置在有互聯(lián)網(wǎng)連接的位置。節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間的傳輸將借助 LoRa 技術(shù)完成，該技術(shù)可以傳輸和接收信息

接收器和云系統(tǒng)

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具有 Internet 連接的網(wǎng)關(guān)將直接更新 Azure 云上的信息。坐在地球上任何地方的醫(yī)生都可以診斷出來。一個對英語有基本了解并接受過一些教育的人可以幫助這些沒有特權(quán)的人獲得基本的醫(yī)療保健服務(wù)。出于演示和概念驗(yàn)證 [POC] 的目的，我使用了簡單的心率和血氧測量系統(tǒng)，它可以升級到更多傳感器和其他數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

第 2 步：所需組件

獲取所有必需的組件。

我將使用熱敏電阻

注意：我將使用 Arduino Mega 2560 作為系統(tǒng)的主大腦，因?yàn)?Arduino Mega 上的 Atmel 芯片是由Microchip制造的，這是競賽規(guī)則之一。

此外，我需要連接多個傳感器，我需要像 Mega 這樣的東西來滿足我的內(nèi)存需求。

第 3 步：連接圖

數(shù)據(jù)采集??與傳輸系統(tǒng)連接圖如下圖所示，

發(fā)射器部分

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在 MLX90614 和 MAX30100 IC 的情況下，Arduino Mega 與生物特征指紋識別設(shè)備具有串行連接，并與溫度傳感器進(jìn)行 I2C 連接，用于測量心率和血氧水平。顯示器用于表示目的。

請注意，需要 1k 電阻器，因?yàn)?1.44 英寸顯示器是低壓標(biāo)準(zhǔn)，即 3.3V

整個設(shè)置可以連接到一個便攜式移動電源，可以運(yùn)行整個設(shè)備幾個月 [20000mAh]

示例連接

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溫度感應(yīng)器：

• 熱敏電阻 +ve 至 5V
• 熱敏電阻 -ve 至 10k 電阻
• 接地電阻
• 熱敏電阻和電阻到 A0 的結(jié)點(diǎn)。

計(jì)算將是這樣的：

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就熱敏電阻電路中的分壓器而言，上式中的變量為：

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Vo = analogRead(ThermistorPin);
  R2 = R1 * (1023.0 / (float)Vo - 1.0);
  logR2 = log(R2);
  T = (1.0 / (c1 + c2*logR2 + c3*logR2*logR2*logR2));
  T = T - 273.15;
  T = (T * 9.0)/ 5.0 + 32.0;

收件人：

接收模塊

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接收器由 LoRa 接收器設(shè)備和 nodeMCU (ESP8266) 組成，用于將數(shù)據(jù)發(fā)送到 Azure 云

第 4 步：編程

我選擇了在 Arduino 環(huán)境中運(yùn)行的 Arduino Mega，因?yàn)樵擁?xiàng)目可以很容易地復(fù)制，因?yàn)槭褂?Arduino IDE 很容易實(shí)現(xiàn)，并且大多數(shù)材料都很容易獲得。我已經(jīng)申請了硬件并獲得了 CEC1702，但無法在比賽期間編寫和完成所需的庫，因此我看到規(guī)則說“在您的項(xiàng)目中使用任何 Microchip 產(chǎn)品來獲得比賽資格！”

基本上，代碼涉及不同傳感器設(shè)備的接口以及獲取數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到最近的網(wǎng)關(guān)。

涉及 LoRa 的想法是增加交流的范圍。設(shè)置 LoRa 通信的基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于使用手機(jī)信號塔的移動通信。

在沒有辦法部署網(wǎng)關(guān)的情況下，網(wǎng)關(guān)可以是移動的，可以使用無人機(jī)飛行

基于無人機(jī)的移動 LoRa 網(wǎng)關(guān)

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設(shè)置 Azure IoT 很簡單，可以使用 Github 和其他各種平臺上的教程來完成。

無人機(jī)上的 LoRa 網(wǎng)關(guān)

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一旦建立通信，我們就可以制作一個儀表板，用于記錄和可視化溫度、血氧水平、心率等參數(shù)。

第 5 步：測試和部署。

設(shè)置 Azure IoT 中心，

使用給定的鏈接注冊以獲得一個月的免費(fèi)訪問權(quán)限。

• 注冊后轉(zhuǎn)到portal.azure.com 。
• 在資源組下創(chuàng)建一個新的資源組并命名。例如。節(jié)點(diǎn)單片機(jī)

創(chuàng)建新資源組

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創(chuàng)建新的 IoT 中心

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• 預(yù)配 IoT 中心后，請轉(zhuǎn)到資源。在資源管理器下選擇 IoT 設(shè)備并添加新設(shè)備。

設(shè)備創(chuàng)建。

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這是包含整個項(xiàng)目演示的工作視頻

這些是創(chuàng)建設(shè)備后需要在代碼中填寫的內(nèi)容。

安裝設(shè)備資源管理器孿生

設(shè)備資源管理器孿生是一種圖形工具，用于與 Azure IoT 中心交互和測試你的設(shè)備。在本地計(jì)算機(jī)上安裝該工具后，您可以連接到 IoT 中心并查看遙測，設(shè)備正在發(fā)送。使用此工具向設(shè)備發(fā)送消息并從設(shè)備接收消息。

您可以從以下鏈接下載設(shè)備資源管理器安裝包。

https://github.com/Azure/azure-iot-sdks/releases

使用設(shè)備資源管理器創(chuàng)建 SAS 令牌

打開在前面步驟中安裝的設(shè)備資源管理器，并使用 Azure 門戶中的連接字符串將其連接到 Azure IoT 中心。通過導(dǎo)航到 IoT 中心并從共享訪問策略 => iothubowner => 連接字符串 - 主鍵獲取連接字符串。

//Azure IoT Hub Credentials
const char* THUMBPRINT = "xxxxx";
const char* DEVICE_ID = "xxxxx";
const char* MQTT_HOST = "xxxxx.azure-devices.net";
const char* MQTT_USER = "xxxxx.azure-devices.net//?api-version=2018-06-30";
const char* MQTT_PASS = "SharedAccessSignature sr=xxxxx.azure-devices.net%2Fdevices%2F&sig=xxxxx&se=xxxxx";
const char* MQTT_SUB_TOPIC = "devices//messages/devicebound/#";
const char* MQTT_PUB_TOPIC = "devices//messages/events/";

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帶有數(shù)據(jù)示例的儀表板

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通過 LoRa 接收到節(jié)點(diǎn) MCU 的串行監(jiān)視器數(shù)據(jù)。

第 6 步：未來的增強(qiáng)功能

• 在網(wǎng)關(guān)處添加 GSM/GPRS 連接以增強(qiáng)連接性
• 添加基于 LoRa 衛(wèi)星的單元，以輕松連接到網(wǎng)絡(luò)
• 通過實(shí)現(xiàn)睡眠功能延長電池壽命
• 添加太陽能電池板進(jìn)行充電