資料介紹
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)生專業(yè)人員或醫(yī)生和衛(wèi)生場(chǎng)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)。
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(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 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(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,我想通過使用簡(jiǎn)單的電子元件和微控制器來展示我們?nèi)绾螒?yīng)對(duì)世界上主要的醫(yī)療保健挑戰(zhàn)。
讓我們開始吧,
第 1 步:架構(gòu)
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
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(gè)對(duì)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(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,
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]
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:
就熱敏電阻電路中的分壓器而言,上式中的變量為:
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,但無法在比賽期間編寫和完成所需的庫(kù),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(hào)塔的移動(dòng)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(dòng)的,可以使用無人機(jī)飛行
設(shè)置 Azure IoT 很簡(jiǎn)單,可以使用 Github 和其他各種平臺(tái)上的教程來完成。
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)
- 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。
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/" ;
?
?
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(zhǎng)電池壽命
- 添加太陽能電池板進(jìn)行充電
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