台湾的人口成长与老年人口增加，与寿命延长有很大的关系(现今社会医疗技术发达，使之人口寿命延长)，但是如果寿命的延长未能带给老人较高的生活品质，反而因此缠绵病榻，因此除了关切经济、人口的发展之外，给予老人福利与医疗问题也是未来所需重视的。随着高龄化社会来临，聘请看护或是送至安养中心与护理之家的老人将会逐渐增加，在医院里的护理人员平日工作繁忙，又得长期专注工作，此时若能够藉由一些技术设备(科技运用在医疗方面之成果)协助，才能有效的提升医疗品质。

本作品以针对医院病房与护理中心管理自动化的概念来设计一款「点滴自动侦测控制盒与自动化管理​​的系统」，本系统主要是利用「重力感测技术来侦测点滴」是否快没有了以及「多重资料的确认」系统，再将此资讯经由异质通讯网路架构传送至护理中心的管理伺服端，再经由警示系统通知医护员人做点滴的更换，让病患可以安心的修养，解决「不需担心点滴是否会打错以及点滴是否已打完等问题」。

研究动机

本作品创意构想来自于家人生病住院吊点滴时，每隔一段时间护理人员就需要巡房一次，当点滴快没了，家属又要提心吊胆担心是否会有回血的问题，频频按紧急铃催促护理师过来，为了解决此困扰，决定设计一款「点滴自动侦测盒及即时监控系统」。

目前传统所使用的都是一般的点滴架，每当有病患需要施打点滴护理人员就需要定时的做巡房的动作，且都是透过人力来确认点滴，此时却无法100%掌握点滴是否为该给病患施打的点滴，近几年常发生很多因为点滴打错造成病患过世与点滴打完却没人理，造成点滴回血等情况。

工作原理

本系统采用盛群HT66F70A晶片并搭配其周边IC，使用于各个点滴侦测盒上，并使用GPIO、INT、ADC、Timer、UART等功能来完成。系统采用三阶段的资料传递模式，三个阶段分别有三个不同的装置，由低至高分别为前端的重力感测器及控制盒、中间的中继站、后端的伺服介面。

在医生看完诊且认为病人有需要住院与施打点滴的必要性后，病人的个人资讯会完整建立于护理站的伺服电脑中，再由护理人员导引病患住进正确病房与病床。

在病床边的点滴架上设置一个点滴侦测器跟重力感测器，当护理人员要帮病患施打点滴时，使用手机App软体扫描病人QR code以及点滴瓶QR code，将两笔资料传送至医护中心做资料比对，确定该点滴确实属于医师开给此病患的点滴处方笺后，护理人员便可以放心施打点滴。

重力感测器侦测点滴的余量，每五秒将点滴余量传送至医护中心做即时的监测，当点滴余量​​过低时，医护中心就可以马上加派护理人员前往更换点滴。

作品结构

系统架构模型

*子系统一架构模型：

使用HT66F70A微控制单晶片制作点滴侦测器。内部元件包括：HT66F70A微控制单晶片、ZigBee 2.4GHz无线通讯模组、Load cell重力感测器。

*子系统二架构模型：

中继站以PXA300嵌入式平台为主机。周边元件包括:有线资料接收与发送、无线资料接收与发送,病患资料及点滴余量之显示。

*子系统三架构模型：

伺服端以Windows作业系统的电脑为主架构，搭配使用者之智慧手机。支援Android系统与Wi-Fi无线网路通讯。

系统环境模型与架构

1.伺服端与中继站之有线讯号传输流程

(1)伺服端将病患资讯于SQL server资料库内储存资料。

(2)以Ethernet有线网路架构将资料传送至中继站。

2.中继站与点滴侦测器之无线讯号传输流程

(1)中继站将伺服端传送过来的资料做整理。

(2)确认封包无流失后将资料送至无线模组发送给点滴侦测器。

3.中继站与点滴侦测器之无线讯号传输规则

每一笔资料传送18个ASCLL字元，辨识点滴余量、点滴药品、姓名、性别、病历号、房码，如图1所示。

图1 : ：通讯协定架构图

系统元件间流程设计

系统元件根据系统控制流程分为四大点，其系统控制流程图，如图2所示。

*伺服端将储存于医院Data Base中之病患资料以Ethernet有线网路方式传送至中继站

1.提供中继站显示病患资料有助于心患家属探病时可快速找到家属所在之床位。

*伺服端与医护人员手机APP软体连线，并于伺服端内进行以下动作

1.接收资讯将于伺服端内资料库之病人与点滴资讯进行比对。

2.将比对结果回传至医护人员手机APP软体中显示。

*中继站接收点滴侦测器传来的点滴资讯

1.将点滴余量显示于中继站萤幕上，如图2所示

*伺服端将接收由中继站传回之点滴侦测器所侦测的点滴余量

1.显示病患点滴余量。

2.掌握病患点滴之即时状况。

图2 : ：主系统控制流程图

系统元件内设计-软体架构与模组设计

*点滴侦测器元件内模组设计

点滴侦测器元件内各模组使用晶片运算资源的优先权顺序：(1) 抓取Load cell感测之类比讯号(2) 类比讯号转换数位讯号(3) 无线资料传送(4) 百分比LED灯号显示。

*点滴侦测器元件流程设计

点滴侦测器采自动侦测系统运作，由Load cell重力感测器量测点滴重量，透过单晶片做内部ADC转换，并亮起目前点滴余量百分比相对应之LED数量，最后并将讯号透过异质网路架构传送至医护中心，如图3所示。

图3 : ：点滴侦测器流程图

*点滴侦测器内元件软体架构设计

点滴侦测器使用的硬体、韧体、应用由下而上。如图4其中硬体层面包括：HT66F70A微控制单晶片，LED，Load cell重力感测器，ZigBee无线模组。韧体层面包括：ADC撰写、I/O撰写、Timer撰写及使用I/O模拟UART功能之撰写。应用层面包括：重力感测，无线传送。

图4 : ：点滴侦测器模组架构图

*中继站元件内模组设计

中继站元件内各模组片运算资源的优先权顺序：(1) 无线资料接收(2) 点滴资讯显示(3) 有线资料传送(4) 有线资料接收(5) 病患资讯显示。

*中继站元件流程设计

1.接收伺服端传送的病患资料，显示病患资料于萤幕上。

2.接收点滴侦测器传送的点滴余量讯息，显示点滴余量于萤幕上。

3.传送点滴余量资讯给伺服端。

图5 : ：中继站控制流程图

*中继站内元件软体架构设计

点滴侦测器使用的硬体、软体、应用由下而上。其中硬体层面包括：PXA300嵌入式平台、ZigBee无线模组、Ethernet乙太网路(如图7所示)。软体层面包括：Visual Studio 2005之撰写。应用层面包括：触控感测、无线资料接收、有线资料接收与传送、资料管理。

图6 : ：中继站模组架构图

图7 : ：中继站搭配Windows CE系统之实体图

系统元件设计实作

系统设计元件根据表4之要点，分为五大部分。

1.病房端架构：

据图3-9的控制概念图来设计硬体电路(如图10所示)，主要接收由护理站所传送之病人姓名、性别、病床号、病房号、点滴成分、净重与相对应之余绌量给控制晶片，并将点滴资讯以LED显示，并将点滴侦测的结果回传至护理站，并通知护理人员进行更换动作。

2.点滴侦测控制架构：

Load cell 重力感测器主要负责侦测点滴的重量，由于其电压过于微小，因此在重力感测器上外接一电压放大电路，将重力感测器的电压放大至0V~3.3V 之间，并将其类比电压透过类比数位转换电路转换成数位讯号再将其以LED上显示，电路架构设计如图8、图9所示。

图8 : ：点滴侦测系统概念图

图9 : ：点滴侦测控制概念图

3.双电源隔离设置：

如图10电路所示，Load Cell Sensor的电源与类比输出讯号需做双电源隔离进行设计，采用差分类比讯号输出转至OPA小讯号放大电路进行讯号处理，前端经由不同uF电容进行杂讯滤波抑制，本电路Ripple抑制在约Vp-p 17mV以内，接至HT66F70A单晶片ADC Function 处理，透过HT66F70A单晶片韧体进行多次取样及平均化处理，最后经由UART 架构连接Zigbee建构无线资料传输。至于实际吊挂点滴袋经由HT66F70A韧体设置LED依相对应重量值改变LED显示数量，作为临床医护人员快速判断点滴余量准位。

图10 : ：点滴控制盒完整电路图

4.无线传输设计：

目前业界产品近端网路最大宗的产品为使用蓝牙无线，但于本系统需要做到1对多的无线拓朴资料传递，故蓝牙现行技术最多只能做到1对7，无法同步发送超过1对7，另外仍有产品采用低频RF传送资料，但因低频RF跳频技术远低于2.4GHz高频，更容易受到相同频道时之资料冲突问题，我们采用2.4GHz ZigBee系统，解决蓝牙无法一对多的问题，ZigBee架构最多可做到连结1对65535的Device,并且可增设Router 角色做为中继资料传递节点，可将资料传递的距离拉长，2.4GHz每秒可做1600次跳频技术，也大大解决了低频RF的问题。

5.QR code显示与手机APP比对：

目前上面上的管理系统大多是以RFID的方式比对，虽然能减轻医护人员的负担，但因为采用RFID的方式其成本对医院来说也成为一种负担，因此，我们利用QR code的低成本、储存字元高与抗污损程度高的特性，加上现今社会的智慧手机普及率接近于人手一机，故撰写一手机APP透过扫描QR code的方式来进行比对，即可以达到一样的效果却能大幅度降低相关成本，进一步提高整体医疗品质。

测试方法

测试方式我们先以各部分进行单独测试，单独测试都Pass后再进行整合测试，并将测试结果以下表显示，各系统测试方式如下：

1.ZigBee无线传输测试：

我们先以单一组ZigBee上电测试确认赐福有读取到数值后逐渐扩充组数来测试是否有数据遗失的问题。

2.ZigBee无线模组连线距离测试：

我们测试温度为室温25°C，湿度为70%，将ZigBee以1m的距离开始并逐渐加1m的方式测试。

3.ADC的输入信号测试：

我们分别准备不同重量的受测物，分别为47g、100g、250g、500g与2kg作测试并以示波器测量其数值并将其数值透过运算确认是否与受测物相同。

4.Timer韧体程式侦错及测试：

以码表计时实际动作时间是否预期的时间是否相同。

5.I/O模拟UART韧体程式侦错及测试：

利用X CTU来接收MCU的UART所传送过来的数值并判断是否有遗失或错误产生

6.伺服端与中继站之连线、传送与接收测试：

将系统中继与伺服连接,确认是否有连线问题产生

7.Android系统之手机APP功能测试：

执行手机APP并确认是否能扫描QR code并能从中读取其代码。

8.手机APP与伺服端之连线、传送与接收测试：

将系统连线至伺服端，测试是否有问题产生，并手动模拟输入一个正确的代码与错误的代码，并将其代码分别传送至伺服端，确认伺服是否有接收到其资料。并在之后确认手机是否有接收到伺服端回传的比对结果资讯。

9.Load cell落摔测试：

将load cell挂在点滴架上并以任何角度、固定力道的方式推倒后扶起并挂上重物测试是否与实际相同。

10.LM358放大器ripple校正测试：

在LM358的输出上接陶瓷电容、电解电容与固态电容，以不同的排列组合方式接上并以示波器量测其波形并比较何种组合之杂讯ripple值为最小。

11.完整系统整合测试：

将系统完整整合之后依照流程完整操作一次，确认是否有问题产生。

结论

本系统使用上不分点滴瓶本身的外观及重量即可透过HT66F70A单晶片设计精准推估点滴的余量，整体成本与电路设计效益非常高，操作简易方便，减少护理人员的巡房次数及提升工作效率，对于病患与病患家属而言更是一大保障。随着高龄化的来临近年政府极力提倡智慧医疗，各大科技厂也纷纷投入医疗研究，智慧医疗慢慢的成为台湾科技业的热门话题。医学界人士认为，结合ICT科技带来的智慧医疗，将为医疗领域带来「正确性」，并「降低医疗纠纷」、「提升医疗品质」以科技提升病患照护品质。

(作者为圣约翰科技大学电机工程系徐椿梁教授及学生陈俊伯、何正德、吴翊安、林柏宏)

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