医疗机构体温监测系统方案1115(13页).doc

-医疗机构体温监测系统方案1115密 级阶段标记档 号保管期限名 称医疗机构体温监测系统设计方案单位编写校对审核会签标审批准名 称名 称内容提要： 本文依据公司董事会和营销部门提出的市场需求进行了方案设计。主题词 指标 功能 设计 更改栏更改单号更改日期更改人更改办法目 次1 技术设计的主要依据及指导原则31.1 医疗机构体温检测系统技术设计依据31.2 医疗机构体温检测系统技术设计指导原则32 基本要求32.1 医疗机构体温检测系统用途32.2 医疗机构体温检测系统功能42.2.1 终端监护仪功能42.2.2 无线中继器功能42.2.3 PC机功能42.3 医疗机构体温检测系统性能指标4终端监护仪性能指标4无线中继器性能指标5无线中继器性能指标53 方案设计63.1 医疗机构体温检测系统组成63.2 体温终端监测仪设计方案63.3 无线中继器设计方案93.4 PC机管理软件124 质量保证和质量控制12-第 10 页编 号医疗机构体温检测系统设计方案1 技术设计的主要依据及指导原则1.1 医疗机构体温检测系统技术设计依据医疗机构体温检测系统方案设计的依据是CCS201、CCS202无线体温检测仪的技术要求、技术指标和目前市场常见医用监护系统的功能、性能。1.2 医疗机构体温检测系统技术设计指导原则1、借鉴、继承CCS20*系列产品成熟技术，并在此基础上进一步提高技术设计水平，并采用自主研发和系统集成相结合方式；2、增加终端检测仪与监护中心的无线通讯技术设计；3、增加监护中心PC机实时数据接收、存储、查询软件设计；4、贯彻产品的可靠性、电磁兼容性和易维修性要求；5、终端监护仪采用“傻瓜”式，操作使用简单，监护中心要求功能完善、需求资源低、界面人性化。2 基本要求2.1 医疗机构体温检测系统用途医疗机构体温检测系统应用于医疗机构的各科室病房护士站，主要用于实时采集每个病人的体温，同时可定时检测病人静息体温然后实时将数据传送到护士站，由护士站配备的PC电脑接收、存储，并提供随机查询功能。2.2 医疗机构体温检测系统功能2.2.1 终端监护仪功能1）体温数据的实时监测；2）静息体温的定时检测和语音提示；3）体温数据的查询显示；4）体温数据的无线上传；5）RTC的设置命令接收和RTC运行。2.2.2 无线中继器功能1）采用轮流查询方式接收终端监护仪的无线数据；2）对下属终端监护仪数据进行打包并上传护士站PC机；3）可接收PC机设置命令并下传至终端监护仪；4）可设置下属终端监护仪数量。2.2.3 PC机功能1）实时接收上传检测数据，并完成当地硬盘存储；2）实现科室病人的档案建立；3）按病人姓名、检测数据时间段进行体温查询；4）以图形方式完成单个病人动态监测体温的小时、日、月趋势图，完成单个病人静息体温的月趋势图。2.3 医疗机构体温检测系统性能指标2.3.1 终端监护仪性能指标1）测量误差：误差范围±0.5，测量范围：2545；2）；3）静息体温响应时间：不大于2分钟；4）充电后连续工作时间：不小于24小时；5）输入过载保护；6）50Hz工频、基线漂移等肌电干扰容差99%；7）采样频率：每次5s60s（动态监护），每次1s（静息体温）；8）无障碍物传输距离100m；9）电源：锂电池，3.7V，850mAh；10）体积：100mm×44mm×19mm；11）重量：0.2Kg；12）使用环境：540，相对湿度90%；13） 可靠性：MTBF不低于10000h；14） 维修性：平均修复时间MTTR不大于 30min。2.3.2 无线中继器性能指标1） 无障碍传输距离1000m；2） 电源：AC220V±15%3） 功耗60W；4） 最大下属节点数：300；5） 传输频次：2次/s；6） 体积300mm×200mm×50mm；7） 重量：2Kg；8） 使用环境：540，相对湿度90%；9） 可靠性：MTBF不低于10000h；10） 维修性：平均修复时间MTTR不大于 30min。2.3.3 无线中继器性能指标1） 硬盘容量40G；2） 内存512M；3） 最大下属节点数：600。3 方案设计3.1 医疗机构体温检测系统组成整个系统从结构和概念上由三部分组成：体温终端监测仪；无线中继器；PC机管理软件。3.2 体温终端监测仪设计方案组成和各模块功能体温终端监测仪组成框图如下图1按键及显示电路模块微控制器锂电池及电源管理电路Zigbee无线模块信号放大/滤波电路人体体温输入信号USB状态字设置接口USB电源充电接口USB电路模块体 温传感器图1 体温终端监测仪组成框图体温终端监测仪按工作原理可分为以下七部分：微控制器模块、信号转换/滤波电路模块、体温传感器、锂电池及电源管理电路模块、zigbee无线模块、USB电路模块、按键及显示电路模块。微控制器模块作为控制中心主要通过软件算法实现数据转换、处理以及信号的输入、输出，同时实现各种软件功能和RTC时钟功能；体温传感器负责将人体体温信息转换为热电势信号，并将其输出到信号转换/滤波电路模块；信号转换/滤波电路模块包括：信号转换电路、滤波电路。实现将温度传感器输入的小信号经处理转换为可识别电压信号传送到微控制器模块的A/D（模/数）转换器；Zigbee无线模块主要完成以下功能：实时上传送检测数据；接收下传的特性指标设置命令、起始时钟设置命令等功能；USB电路模块主要完成以下功能：连接PC电脑，通过PC电脑USB接口下传状态字、特性指标设置、起始时钟设置等功能；通过USB充电器对无线体温监护仪进行充电；按键及显示电路通过按键盘启动显示电路进行体温查询；通过多色LED指示灯或LCD显示屏实时显示体温测量数据、使用状态信息和各种告警信息；通过蜂鸣电路发出静息体温提示语音。锂电池及电源管理电路由高安全性锂电池、充电电路、供电电路、电量检测电路组成，实现整机的充电、供电管理及其状态信息输出的功能。3.2.2体温终端监测仪工作流程工作流程如下：首先通过长按查询键启动测量工作模式，温度传感器采集人体体温信息并将其转换为热电势小信号，通过信号转换/滤波电路将其转换为微控制器可识别模拟电压信号，微控制器通过其内部模/数转换器将此模拟信号转换为数字信号，然后经软件滤波、数据转换和数据处理等算法输出用户可识别体温数值到zigbee无线模块实现数据上传，用户可通过轻触查询键启动显示电路即时显示体温数值，另外可通过电源管理电路实现充电/供电管理和低电量告警功能，还通过zigbee无线模块实现无线连接告警功能。3.2.3体温终端监测仪具体功能实现1）开、关机功能：开机功能：长按2秒开机，蜂鸣器发 “嘀”声提示，开机后电源指示灯红色常亮；关机功能：长按3秒关机，蜂鸣器发 “嘟”声提示，电源指示灯灭；在非测量状态下，30秒无任何操作，监测仪自动关机。2）通过按键进入检测状态功能：在非监测状态按“监测”键2秒，开始进入监测模式，数据指示灯绿色闪烁；在监护状态按“监测”键3秒，退出监护状态，数据指示灯灭；3）静息体温测量功能：通过PC机下传静息体温测量启动时间3个，RTC在到达此启动时间后启动静息体温测量，完成后发出体温提示语音，并上传此数据，测量过程中监测仪数据指示灯呈绿色常量，测量完毕监测仪数据指示灯灭。 4）电池电量严重不足、不足状态显示和充电状态显示功能电池电量不足：电源开关指示灯呈黄色常亮（此时监护仪可正常工作20分钟）；电池电量严重不足：电源开关指示灯呈黄色闪烁；充电状态显示：USB充电且未充满状态，电源开关指示灯呈红色闪烁；充满状态呈红色常亮。5）测温探头脱落告警显示功能 当测温探头脱落后，数据指示灯呈红色闪烁，且监测仪连续发出“嘀”声音2分钟之后停止，在报警过程中重新插好探头插头后，监护仪恢复正常使用状态。6）体温超限告警显示功能和体温上下限设置功能体温超限告警：当测温数据超出设置的体温告警范围后，数据指示灯呈黄色闪烁，且监护仪断续发出“嘟”声音2分钟之后停止，同时通过蓝牙向手机发出告警信息；体温上下限设置：通过PC机进行设置。3.2.4体温终端监测仪结构 整机结构由上盖、底座、主板、电池、电池盖组成，外形图如下图2所示。 上盖、底座、电池盖材料采用PVC+ABS。图2 无线终端监护仪结构外形图3.2.5体温终端监测仪研发方式 自主研发与合作研发相结合，zigbee无线模块采用合作研发方式，其余设计自主研发。 3.3 无线中继器设计方案3.3.1无线中继器工作原理 无线中继器工作原理框图如下图3。终端1终端1终端n最多300点终端1终端1终端n最多300点无线中继器1无线中继器2无线中继器3PCusb图3 无线中继器工作原理示意图无线中继器分为两种，图3中无线中继器1、无线中继器2两个中继器为无线传输接力中继器，主要起到传输功率放大作用，增加数据穿透能力和传输距离。图3种无线中继器3为数据接口转换中继器，起到接收上传数据并进行转换，再通过USB接口传至PC电脑。无线传输接力中继器采用轮巡查询方式向各终端监护仪索取体温监测数据，波特率采用115200bit/s，轮询周期为0.5s，每个1.5ms查询一个终端监护仪，然后将所有终端监护仪的上传数据整合打包发送至出去。无线传输接力中继器对每个终端监护仪的数据索取步骤分为两步，首先依次向下发送终端监护仪的地址码，此时所有下属终端监护仪接收后与本机地址比较，相同的即时上传体温数据依次，当无线传输接力中继器接收上传数据后再依次查询下一个地址监测终端，知道达到自设置的最大监测终端数量为止。数据接口转换中继器无线接口为can总线，采用总线仲裁数据接收方式，将2个或多个（可键盘自设置或PC机USB设置）无线传输接力中继器的上传数据再次打包并通过USB接口上传PC电脑。关于2个或多个无线传输接力中继器无线数据相互干扰问题有两种解决方法：a）查询命令采用终端监护仪地址码+接力中继器自身编码方式（通过自身键盘设置），此方式需调整无线接力中继器的位置，使交叉地区两者的发射功率不同，此方法的可行性需与产品设计外包方共同确认。b）2个或多个无线传输接力中继器采用不同的载波频率（通过自身键盘设置），以减弱相互干扰，但此方法需不同区域终端监护仪的zigbee无线模块的载波频率不同，造成终端监护仪设计型号不一致，对生产、安装和销售造成很大的麻烦。所以2个或多个无线传输接力中继器无线数据相互干扰问题需与产品设计外包方共同探讨解决。3.3.2无线中继器工作流程 两种无线中继器的数据传输方式有两种，上传数据方式和下传数据方式。 上传数据方式由无线传输接力中继器采用轮巡方式循环逐一索取每一个终端监护仪的体温数据，再打包上传；然后数据接口转换中继器以总线仲裁方式接收器上传数据，再次打包并通过USB接口继续上传至PC电脑（在PC机有索取数据命令时-0.5s索取一次）。上传数据分为连续体温监测数据和静息体温测量数据。在有静息体温测量数据时，选择上传静息体温数据，舍弃本次连续体温监测数据。数据传输格式采用ASCII码。 下传数据方式由PC机停止索取数据命令，下传状态字数据至数据接口转换中继器，再有其将此数据下传至无线传输接力中继器，然后由无线传输接力中继器停止轮巡操作，插入状态字数据的下传，最后由所有终端监测仪接收。下传数据分为实时时钟、三次静息体温启动时间、体温报警上下限等。数据传输格式采用ASCII码。3.3.3无线中继器研发方式合作研发。3.4 PC机管理软件3.4.1软件项目内容 1）界面UI设计； 2）小型数据库SYBASE设计； 3）功能设计。3.4.2软件项目过程 按软件开发流程和定义功能完成整个设计过程。3.4.2软件项目研发方式 自主研发。4 质量保证和质量控制4.1 采用成熟技术医疗机构体温检测系统设计继承了CCS20*系列无线体温监测仪自主研发设计技术，无线中继器与具有相关成熟技术的外包厂商合作研发，另外选用成熟标准件和集成电路。4.2 简化设计功能模块之间的信息交换选用成熟、简单的can总线和异步串行通信方式，模块内部隔离技术，减少模块之间及电路单元之间的相互影响。采用大规模MCU器件，提高设备的集成度，减少元器件的数量，提高设备的可靠性。在满足系统的功能和性能要求的前提下，裁减设备的辅助功能，偏向“傻瓜”型设计。4.3 电磁兼容设计 在数据采集小信号电路、无线数据发射功率放大电路和无线数据接收小信号放大电路中在结构设计和电气设计中采用常规电磁兼容设计技术，尤其在电气电磁兼容设计中注重软硬件结合抗干扰设计技术。4.4 降额设计为了降低基本故障率、提高使用可靠性，可以在降额范围内适当降低元器件的工作应力。尤其在功率电路中元器件在最佳降额范围内有3个降额等级，设计时根据元器件工作应力的不同，选择确定不同的降额等级。贯彻GJB/Z35元器件降额准则。4.5 软件可靠性设计为了提高软件的可靠性，减少软件缺陷，嵌入式软件和PC机软件在寿命周期内采用如下方法：a） 严格控制技术状态，按软件开发流程操作；b） 自顶向下设计，逐次向下分解功能，尽可能在早期洞察出设计问题；c） 结构化程序设计，使软件易读、易测试、易修改、易维护、易移植；d） 容错设计，增加程序容错判断和分支，加强软件的健壮性；e） 兼容性设计，尽量调用低版本库函数，在软件封装过程中将所有外调库函数封装进安装程序包；f） 设计审核和评审，在软件设计各阶段，进行严格的设计审核和评审以纠正设计缺陷；g） 软件测试，进行静态调试和动态调试，以发现软件中的缺陷并加以清除；