描述

醫(yī)療保健是每個(gè)人的必需品或基本需求之一。但許多發(fā)展中國(guó)家由于缺乏醫(yī)療衛(wèi)生專(zhuān)業(yè)人員或醫(yī)生和衛(wèi)生場(chǎng)所醫(yī)院而未能滿(mǎn)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(lái)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(shí)或?qū)崟r(shí)地與地球另一端的任何人進(jìn)行交流。但發(fā)展中國(guó)家仍然缺乏許多基礎(chǔ)設(shè)施，如手機(jī)信號(hào)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(wèn)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(guó)家，每天不到 1 美元，25 億人每天生活費(fèi)不到 2 美元；超過(guò) 26 億人無(wú)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(yíng)養(yǎng)不良和可預(yù)防的疾病。”——貝爾，全球經(jīng)濟(jì)研討會(huì)。改善窮人獲得醫(yī)療保健的機(jī)會(huì)，尤其是在發(fā)展中國(guó)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(guó)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(gè)項(xiàng)目中，我想通過(guò)使用簡(jiǎn)單的電子元件和微控制器來(lái)展示我們?nèi)绾螒?yīng)對(duì)世界上主要的醫(yī)療保健挑戰(zhàn)。

讓我們開(kāi)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(gè)主要模塊，一個(gè)是數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)，一個(gè)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(lái)。一個(gè)對(duì)英語(yǔ)有基本了解并接受過(guò)一些教育的人可以幫助這些沒(méi)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(jiǎn)單的心率和血氧測(cè)量系統(tǒng)，它可以升級(jí)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(jìng)賽規(guī)則之一。

此外，我需要連接多個(gè)傳感器，我需要像 Mega 這樣的東西來(lái)滿(mǎn)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(shí)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(cè)量心率和血氧水平。顯示器用于表示目的。

請(qǐng)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(gè)設(shè)置可以連接到一個(gè)便攜式移動(dòng)電源，可以運(yùn)行整個(gè)設(shè)備幾個(gè)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(qǐng)了硬件并獲得了 CEC1702，但無(wú)法在比賽期間編寫(xiě)和完成所需的庫(kù)，因此我看到規(guī)則說(shuō)“在您的項(xiàng)目中使用任何 Microchip 產(chǎn)品來(lái)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(hào)塔的移動(dòng)通信。

在沒(méi)有辦法部署網(wǎng)關(guān)的情況下，網(wǎng)關(guān)可以是移動(dòng)的，可以使用無(wú)人機(jī)飛行

基于無(wú)人機(jī)的移動(dòng) LoRa 網(wǎng)關(guān)

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設(shè)置 Azure IoT 很簡(jiǎn)單，可以使用 Github 和其他各種平臺(tái)上的教程來(lái)完成。

無(wú)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(gè)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(cè)試和部署。

設(shè)置 Azure IoT 中心，

使用給定的鏈接注冊(cè)以獲得一個(gè)月的免費(fèi)訪問(wèn)權(quán)限。

• 注冊(cè)后轉(zhuǎn)到portal.azure.com 。
• 在資源組下創(chuàng)建一個(gè)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(qǐng)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(gè)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(xiě)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(cè)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(cè)，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(kāi)在前面步驟中安裝的設(shè)備資源管理器，并使用 Azure 門(mén)戶(hù)中的連接字符串將其連接到 Azure IoT 中心。通過(guò)導(dǎo)航到 IoT 中心并從共享訪問(wèn)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(guò) 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(lái)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(guò)實(shí)現(xiàn)睡眠功能延長(zhǎng)電池壽命
• 添加太陽(yáng)能電池板進(jìn)行充電