Система удалённого мониторинга пациентов COVID-19 на LoRa (The Things Network)

Компоненты и материалы

Инструменты

• Клейкий пистолет
• Паяльник

Приложения и сервисы

• Android Studio (мобильное приложение)
• Arduino Web Editor / VS Code + Arduino Extension
• AWS IoT Core (облако)

О проекте

Суть

Интеллектуальная система мониторинга для пациентов COVID-19. Датчики собирают биометрию → The Things Uno (LoRa) → The Things Gateway → AWS IoT Cloud. Автоматический анализ на границе (edge) определяет критические состояния → push-уведомления врачам/медсестрам и ответственным за отделение. Родичи — ограниченный доступ. Врачи не обязаны физически посещать палату.

Датчики и параметры

• MAXREFDES117# — пульс (BPM), SpO2;
• Grove Temperature — температура тела;
• BME680 — температура, влажность, давление, газ (окружение);
• SW-420 — движение/активность пациента;
• Кнопка — вызов помощи (паник-баттон).

Алгоритм экстренного состояния (Уравнение I)

Критическое состояние = комбинация порогов по пульсу, SpO2, температуре, движению. Пороговые значения в Таблице 1 (см. статью). Обработка на The Things Uno перед отправкой в облако.

Приложения

• Мобильное (Android): графики/гауги в реальном времени для врачей/медсестер. Push-уведомления при экстренных состояниях.
• Веб/Десктоп (AWS IoT): мониторинг множества пациентов одновременно (ICU dashboard).

Заключение

Система повышает эффективность и качество обслуживания в реанимации. Перспектива — носимый вариант для мониторинга пожилых/младенцев удалённо.

Ссылка

Uddin, M. S., Alam, J. B., & Banu, S. (2017). Real time patient monitoring system based on internet of things. ICAEE 2017. DOI: 10.1109/ICAEE.2017.8255410

Код (Arduino / The Things Uno)

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

const char *appEui = "0000000000000000";
const char *appKey = "00000000000000000000000000000000";
#define loraSerial Serial1
#define debugSerial Serial
#define freqPlan REPLACE_ME  // TTN_FP_EU868 или TTN_FP_US915

int bpm, spo2; float temp, humidity; int movement, button, h_rate;
Adafruit_BME280 bme;
unsigned long currentMillis;
#define REPORTING_PERIOD_MS 1000
PulseOximeter pox;
uint32_t tsLastReport = 0;

void onBeatDetected() { /* Serial.println("Beat!"); */ }

void measured_pulse() {
  pox.update();
  if (millis() - tsLastReport > REPORTING_PERIOD_MS) {
    bpm = pox.getHeartRate();
    tsLastReport = millis();
  }
}

TheThingsNetwork ttn(loraSerial, debugSerial, freqPlan);

void setup() {
  loraSerial.begin(57600);
  debugSerial.begin(9600);
  while (!debugSerial && millis() < 10000);
  debugSerial.println("-- STATUS"); ttn.showStatus();
  debugSerial.println("-- JOIN"); ttn.join(appEui, appKey);
  Serial.println("BME280 test");
  Serial.println("Initializing MAX30100");
  pox.begin(); pox.setOnBeatDetectedCallback(onBeatDetected);
  bool status = bme.begin();
  if (!status) { Serial.println("Could not find a valid BME280 sensor, check wiring!"); while(1); }
  pinMode(7, OUTPUT); pinMode(A0, INPUT); pinMode(8, INPUT); pinMode(6, INPUT);
}

void loop() {
  debugSerial.println("-- LOOP");
  h_rate = analogRead(A0);
  button = digitalRead(8);
  temp = pox.getTemperature();  // Примечание: MAX30100 даёт температуру чипа, не тела. Для тела нужен отдельный датчик.
  spo2 = pox.getSpO2();
  bpm = bpm;
  humidity = bme.readHumidity();
  movement = digitalRead(6);

  byte payload[7];
  payload[0] = highByte(bpm);
  payload[1] = lowByte((int)(temp*100));  // передаём *100 для точности
  payload[2] = highByte((int)(humidity*100));
  payload[3] = lowByte(movement);
  payload[4] = lowByte(spo2);
  payload[5] = lowByte(button);
  payload[6] = lowByte(h_rate);

  debugSerial.print("Temp: "); debugSerial.println(temp);
  debugSerial.print("Hum: "); debugSerial.println(humidity);
  debugSerial.print("BPM: "); debugSerial.println(bpm);
  debugSerial.print("SpO2: "); debugSerial.println(spo2);
  debugSerial.print("H_rate: "); debugSerial.println(h_rate);
  debugSerial.print("Btn: "); debugSerial.println(button);
  debugSerial.print("Mov: "); debugSerial.println(movement);

  ttn.sendBytes(payload, sizeof(payload));
  delay(20000);  // отправка каждые 20 сек
}

Схемы

Схема подключения всех датчиков к The Things Uno (I2C для MAX30100 и BME680, аналоговые/цифровые пины для остальных).