基于ESP8266WiFi模块的监测平台

杨宇琛 祝海鹏 朱小青 李臻恺 蒋亚东 林焱杰

摘要：数据显示，现在社会的输液人数正在大大增加，而输液过程繁杂以及输液环境的影响使得现在的输液体验并不友好。而这不仅针对病人，也包括护士。因为输液过程中信息的获取困难，导致了护士的工作量大大增加。所以本平台以打造一个通讯便捷、准确的环境为目标，结合Arduino Nano 中控芯片，ESP8266WiFi模块以及NRF24L01来实现护士和病人之间的数据共享、远程监测。

1、前言

根据我们的实测数据推导，认为浙江省一年的输液人次已达3800万人次，也就意味着平均每天有10万人有输液需求。而目前输液患者的输液信息就如同一个数据孤岛，而在以往的做法中，往往是护士充当在孤岛之间游走的角色，导致护士的工作量很大。所以该信息监测平台就极为重要。它可以实现将输液袋容量、药液滴速、输液时间以及剩余电量等信息通过智能硬件采集后，利用网络发送至监测平台，而后形成可视化的界面提供给护士进行查看。打破数据孤岛，实现数据共享，远程监测，从而就能最大程度的减轻护士的工作量。

2、硬件设计

该监测平台硬件主要由Arduino Nano、ESP8266WiFi模块及NRF24L01组成。通过Arduino板收集各类传感器检测到的数据再通过ESP8266WiFi模块的指令和NRF24L01将其传送到上位机。

（1）ESP8266WiFi模块

ESP8266 WiFi 模块为乐鑫公司开发的一款物联网专用芯片。ESP8266 WiFi 模块采用串口与单片机通信，内置 TCP/IP 协议栈，通过 WiFi与上位机通信。利用ESP8266模块对传统串口设备进行简单的串口配置，即可将数据通过WiFi传輸给上位机，实现物联功能。

（2）NRF24L01无线收发器芯片

NRF24L01是一块2.4GHz通用ISM频段的单片无线收发器芯片，采用3.3V供电。该芯片可通过SPI接口配置126个1Mbit/s速率的频点，或者63个2Mbit/s速率的频点，SPI的最大速率可达10Mbit/s。最大发射功率0dB时供电电流30mA，最大通信距离为可视100m，稳定收发距离10m。芯片可设6个物理地址，可提供6个通道单独通信。每个通道具有ARA校验功能、自动应答和自动重发功能。

与Arduino Nano相连时，我们只需关注ASN、SAK、MISO、MOSI、IRQ和AE这6个端子即可，其中ASN为片选线，低电压有效;SAK为同步时钟端子，为芯片提供时钟脉冲;MISO、MOSI均为芯片控制数据端，区别是MISO为主输出从输入，而MOSI为主输入从输出;IRQ为中断信号;AE是NRF24L01的模式控制线。

3、无线组网说明

将NRF24L01的第1个通道地址留作他用，第2个通道地址作为本网络的广播接收地址，其前4个字节也可以作为本网络的网络号，最后一个字节定为255（0xFF）。在完成网络组网后，考虑到所有节点都设在同一频点上，为避免网络内节点无线信号的相互干扰，每个节点按”上-右-下-左”的顺序进行连接，而后进行数据包的传送。例如图1中任意子节点发起访问均可通过”上-右-下-左”的顺序将数据发送至主节点。通过此组网方案以及路由设计，结合NRF24L01芯片特点，监测系统可覆盖6000-8000m2的范围，并在此区域范围内实现单级最大在线设备数量达到63台，而NRF24L01芯片工作在1对6模式下时，可采用将每一个监测点同时作为一个传输节点，上下级无限扩展，形成树状结构，这样可以无限扩大覆盖面，满足本输液设备的应用环境。均满足监测系统设计要求。

4、检测平台搭建

本监测系统中搭建的监控平台是基于Qt和ONENET平台搭建成型的智能交互系统，并通过ESP8266-WIFI模块连接arduino Nano。以数字、图形等方式展显示当前输液余量、输液滴速、紧急报警和电池余量等局部状态或全局状态，数据存储和管理;利用监测系统采集到的各种数据。在保证设备正常运行的同时增强人机交互功能，使医护人员可实时得到输液状态反馈，从而可及时处置意外情况的发生。

平台主要流程如下：

4、结尾语

本平台以中心控制模块为核心，通过检测对输液信息的采集，并传输到中心控制模块上，同时中心控制模块通过WiFi模块将已采集的输液信息反馈到监测平台。实现了对于输液过程中各项数据的实时监测，同时将监测结果通过可视化界面显示在护士眼前，最大程度减轻了护士的工作量。

参考文献：

[1]张琥石，林伟龙，杨发柱，黄向军，金星伊，陈洁，罗晓春，张盈盈，甘辛.基于ESP8266WiFi模块的物联网体温监测系统 [A].2095-1302（2020）12-0032-04

资助项目：衢州学院大学生科技创新项目Q20X030