文章导读

COVID-19大流行对全球医疗体系造成了深远影响，尤其暴露了发展中国家在资源分配和技术应用上的不足。偏远地区因医疗设施匮乏、专业人员短缺，难以实现及时的健康监测与干预。因此对远程健康监测技术需求激增，但现有方案往往依赖互联网连接或高昂成本设备，难以在基础设施薄弱的区域推广。本文旨在设计一种基于开源技术、低功耗且无需互联网的物联网 (IoT) 健康监测系统，以解决偏远地区基础医疗数据采集与实时传输的难题。

图为本研究的监测系统架构

研究内容

本研究开发了一套基于ESP32微控制器的开源物联网健康监测系统，整合多种传感器实现关键生理参数测量。系统硬件核心为ESP32-WROOM-32芯片，其双核处理器支持本地IoT服务器配置，并可通过Wi-Fi路由器搭建私有通信网络，确保数据在无互联网环境下仍可传输。传感器模块包括：

• MAX30100传感器

通过光电容积法测量心率和血氧饱和度 (SpO2)，采样率可达100次/秒，配备环境光消除技术以提高准确性。

• DHT11传感器

检测腋下体温及环境温湿度，精度为±2 ℃ (体温) 和±5% (湿度)。

• BN-220 GPS模块

实时获取用户地理位置，支持多卫星定位系统 (GPS/GLONASS/BeiDou)。

数据采集后，ESP32将处理后的信息通过HTTP协议传输至本地仪表盘，医护人员可通过指定IP地址访问实时数据。系统还设计了紧急警报功能，用户可主动触发通知。测试阶段，研究团队对5名志愿者进行长达1小时的监测，结果显示：体温测量误差小于±0.5 ℃，心率与血氧数据与商用设备一致，环境温湿度监测满足日常需求。系统整体功耗低于4瓦，硬件成本约34加元，适合资源有限地区部署。

技术实现上，该系统采用Arduino IDE编程，通过I2C和单线协议连接传感器，利用ESP32的Wi-Fi模块构建私有网络。数据安全性通过SSID加密与防火墙保障，避免未授权访问。实验还验证了本地网络的吞吐量 (17×10⁵ bps) 与内存占用 (约93 KB)，表明系统在低配置环境下仍能稳定运行。

研究总结

该研究成功构建了一种低成本、低功耗的开源物联网健康监测系统，通过本地化网络与传感器融合，为缺乏互联网接入的偏远地区提供了可行的医疗监测方案。系统在准确性、实时性与可扩展性上表现优异，尤其适用于传染病防控、慢性病管理及紧急医疗响应场景。未来工作将进一步集成呼吸频率监测与人工智能分析功能，推动远程医疗技术的普惠化发展。

原文信息

Ashraf, S.; Khattak, S.P.; Iqbal, M.T. Design and Implementation of an Open-Source and Internet-of-Things-Based Health Monitoring System. J. Low Power Electron. Appl. 2023, 13, 57. https://doi.org/10.3390/jlpea13040057

JLPEA 期刊介绍

期刊旨在发表低功耗电子方向的创新研究和重要成果。期刊范围涵盖的主题包括但不限于新兴电子器件和工艺技术、模拟、数字和混合信号 VLSI 电路、架构和系统设计、SoC 和嵌入式系统、能量采集和无电池系统、综合和优化工具，以及用于低功耗设计的 CAD 工具和方法。目前被 Scopus、ESCI 等数据库收录。