Tele Vaidya远程健康诊断系统

描述

医疗保健是每个人的必需品或基本需求之一。但许多发展中国家由于缺乏医疗卫生专业人员或医生和卫生场所医院而未能满足要求。这些都是需要尽快解决的主要挑战。

医师密度

 

图片来源：维基百科

随着技术的发展和高速的互联网连接，我们几乎可以即时或实时地与地球另一端的任何人进行交流。但发展中国家仍然缺乏许多基础设施，如手机信号塔和光纤互联网连接。基于卫星的互联网旨在解决这些问题。然而，部署卫星为全球提供互联网接入将是一项具有挑战性的任务。

“ 10 亿人生活在发展中国家，每天不到 1 美元，25 亿人每天生活费不到 2 美元；超过 26 亿人无法使用厕所和其他卫生设施；每天有30,000 名五岁以下儿童死亡，主要死于脱水、营养不良和可预防的疾病。”——贝尔，全球经济研讨会。改善穷人获得医疗保健的机会，尤其是在发展中国家

根据 2008 年《纽约科学院年报》的一篇文章，低收入和中等收入国家承担着世界上 90% 的疾病，但仅占世界卫生支出的 12% 。

在这个项目中，我想通过使用简单的电子元件和微控制器来展示我们如何应对世界上主要的医疗保健挑战。

让我们开始吧，

第 1 步：架构

数据采集​​与传输

 

系统的基本框图如下图所示，系统中有两个主要模块，一个是数据采集和传输系统，一个是接收系统，将放置在有互联网连接的位置。节点与网关之间的传输将借助 LoRa 技术完成，该技术可以传输和接收信息

接收器和云系统

 

具有 Internet 连接的网关将直接更新 Azure 云上的信息。坐在地球上任何地方的医生都可以诊断出来。一个对英语有基本了解并接受过一些教育的人可以帮助这些没有特权的人获得基本的医疗保健服务。出于演示和概念验证 [POC] 的目的，我使用了简单的心率和血氧测量系统，它可以升级到更多传感器和其他数据采集系统。

第 2 步：所需组件

获取所有必需的组件。

我将使用热敏电阻

注意：我将使用 Arduino Mega 2560 作为系统的主大脑，因为 Arduino Mega 上的 Atmel 芯片是由Microchip制造的，这是竞赛规则之一。

此外，我需要连接多个传感器，我需要像 Mega 这样的东西来满足我的内存需求。

第 3 步：连接图

数据采集​​与传输系统连接图如下图所示，

发射器部分

 

在 MLX90614 和 MAX30100 IC 的情况下，Arduino Mega 与生物特征指纹识别设备具有串行连接，并与温度传感器进行 I2C 连接，用于测量心率和血氧水平。显示器用于表示目的。

请注意，需要 1k 电阻器，因为 1.44 英寸显示器是低压标准，即 3.3V

整个设置可以连接到一个便携式移动电源，可以运行整个设备几个月 [20000mAh]

示例连接

 

温度感应器：

• 热敏电阻 +ve 至 5V
• 热敏电阻 -ve 至 10k 电阻
• 接地电阻
• 热敏电阻和电阻到 A0 的结点。

计算将是这样的：

 

就热敏电阻电路中的分压器而言，上式中的变量为：

 

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：

接收模块

 

接收器由 LoRa 接收器设备和 nodeMCU (ESP8266) 组成，用于将数据发送到 Azure 云

第 4 步：编程

我选择了在 Arduino 环境中运行的 Arduino Mega，因为该项目可以很容易地复制，因为使用 Arduino IDE 很容易实现，并且大多数材料都很容易获得。我已经申请了硬件并获得了 CEC1702，但无法在比赛期间编写和完成所需的库，因此我看到规则说“在您的项目中使用任何 Microchip 产品来获得比赛资格！”

基本上，代码涉及不同传感器设备的接口以及获取数据并将其发送到最近的网关。

涉及 LoRa 的想法是增加交流的范围。设置 LoRa 通信的基础设施数量远远少于使用手机信号塔的移动通信。

在没有办法部署网关的情况下，网关可以是移动的，可以使用无人机飞行

基于无人机的移动 LoRa 网关

 

设置 Azure IoT 很简单，可以使用 Github 和其他各种平台上的教程来完成。

无人机上的 LoRa 网关

 

一旦建立通信，我们就可以制作一个仪表板，用于记录和可视化温度、血氧水平、心率等参数。

第 5 步：测试和部署。

设置 Azure IoT 中心，

使用给定的链接注册以获得一个月的免费访问权限。

• 注册后转到portal.azure.com 。
• 在资源组下创建一个新的资源组并命名。例如。节点单片机

创建新资源组

 

创建新的 IoT 中心

 

• 预配 IoT 中心后，请转到资源。在资源管理器下选择 IoT 设备并添加新设备。

设备创建。

 

这是包含整个项目演示的工作视频

这些是创建设备后需要在代码中填写的内容。

安装设备资源管理器孪生

设备资源管理器孪生是一种图形工具，用于与 Azure IoT 中心交互和测试你的设备。在本地计算机上安装该工具后，您可以连接到 IoT 中心并查看遥测，设备正在发送。使用此工具向设备发送消息并从设备接收消息。

您可以从以下链接下载设备资源管理器安装包。

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

使用设备资源管理器创建 SAS 令牌

打开在前面步骤中安装的设备资源管理器，并使用 Azure 门户中的连接字符串将其连接到 Azure IoT 中心。通过导航到 IoT 中心并从共享访问策略 => iothubowner => 连接字符串 - 主键获取连接字符串。

//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/";

带有数据示例的仪表板

 

通过 LoRa 接收到节点 MCU 的串行监视器数据。

第 6 步：未来的增强功能

• 在网关处添加 GSM/GPRS 连接以增强连接性
• 添加基于 LoRa 卫星的单元，以轻松连接到网络
• 通过实现睡眠功能延长电池寿命
• 添加太阳能电池板进行充电