莊菲

（淮安市第一人民醫(yī)院，江蘇 淮安 223001）

物聯(lián)網(wǎng)是指在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，按照特定的協(xié)議方法，通過(guò)各種信息采集與識(shí)別技術(shù)，將物品與通信網(wǎng)絡(luò)連接在一起，并完成各項(xiàng)管理工作的技術(shù)手段。醫(yī)療設(shè)備是重要設(shè)備管理的重要組成部分，這是因?yàn)獒t(yī)療設(shè)備的運(yùn)行效果直接影響醫(yī)院臨床工作的開(kāi)展，若醫(yī)療設(shè)備正常運(yùn)行受到影響，可能會(huì)影響治療工作進(jìn)程，對(duì)患者生命安全構(gòu)成威脅。所以在當(dāng)前工作中，必須要構(gòu)建基于醫(yī)療設(shè)備的管理物聯(lián)網(wǎng)，為進(jìn)一步提高管理效果奠定基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

1.1 總體目標(biāo)

構(gòu)建基于醫(yī)療設(shè)備的管理物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，其主要目的就是要通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段來(lái)提高設(shè)備自動(dòng)化與信息化管理的整體質(zhì)量，在這個(gè)過(guò)程中，需要設(shè)置一種能夠被自動(dòng)讀取、識(shí)別的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，方便相關(guān)人員管理。因此為了能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)所應(yīng)該具有的功能包括以下內(nèi)容。（1）具有射頻識(shí)別功能，所產(chǎn)生的無(wú)線(xiàn)信號(hào)信息應(yīng)該符合信息產(chǎn)業(yè)部門(mén)無(wú)線(xiàn)電管理單位的相關(guān)要求。（2）能夠完成遠(yuǎn)程通=信，并將設(shè)備的具體數(shù)據(jù)回傳至控制中心。（3）節(jié)點(diǎn)滿(mǎn)足充電等個(gè)性化管理要求。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)思路

物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)作為構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，其硬件組成與軟件功能都會(huì)直接影響物聯(lián)網(wǎng)性能。從功能上來(lái)看，由于該物聯(lián)網(wǎng)的主要功能是進(jìn)行設(shè)備管理，所以在功能確定中，必須要保證物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息能夠被讀取、識(shí)別。所以在功能設(shè)定中，必須要設(shè)有射頻識(shí)別功能，采用有源射頻識(shí)別方式完成設(shè)備管理。為了保證物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崟r(shí)反饋具體的通信資料，應(yīng)該采用多種方式發(fā)送設(shè)備信息，依靠現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)降低成本。在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到控制部分的重要性，所以在功能確定中必須要保證其功能的交互性，能夠依靠實(shí)現(xiàn)各方面的正常工作來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理。

2 物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的硬件部分設(shè)計(jì)

2.1 控制部分設(shè)計(jì)

本文所介紹的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)控制部分主要由微控制器及其外圍電路組成，考慮到該物聯(lián)網(wǎng)必須要具有射頻識(shí)別電力功能、數(shù)據(jù)傳輸模塊功能等多種要求，所以控制部分必須要設(shè)有多個(gè)串口的微控制器。同時(shí)，在保證電池電量穩(wěn)定的情況下，積極改善控制器的功耗水平，避免因?yàn)閲?yán)重的功耗而影響物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的正常工作。

基于上述條件要求，選擇MSP43OF5438A的16位超低功耗微控制器，該控制器設(shè)有256KB內(nèi)存、16KB的RAM、12位ADC等，能滿(mǎn)足多種條件下的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行要求，適用于多種工作環(huán)境；同時(shí)，該控制器所能容納的資源總量豐富，并設(shè)有大量的通訊端口，尤其適用于節(jié)點(diǎn)控制要求。

2.2 射頻識(shí)別部分設(shè)計(jì)

在物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，射頻識(shí)別部分在整個(gè)系統(tǒng)中占據(jù)著重要位置，直接影響物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的讀寫(xiě)可靠性與讀寫(xiě)記錄，是影響物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功能的重要因素。所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，必須要保證無(wú)線(xiàn)收發(fā)器能夠長(zhǎng)時(shí)間處于接收狀態(tài)，進(jìn)而保證信號(hào)的實(shí)時(shí)供應(yīng)效果。本文在設(shè)備識(shí)別部分設(shè)計(jì)中，考慮到單芯片無(wú)線(xiàn)收發(fā)的詳細(xì)要求，選擇SX1212芯片，該芯片具有抗干擾能力強(qiáng)、接收靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，并且所接收的電流僅有2.6mA，能滿(mǎn)足設(shè)備識(shí)別的要求，所以能夠成為射頻識(shí)別部分的通信芯片。

SX1212芯片作為一種超低功率的單芯片無(wú)線(xiàn)芯片，其最大發(fā)射功率達(dá)到了+12.5dBm，其接收功率低、集成度高，包含邏輯控制結(jié)構(gòu)、射頻電路等，因此在功能上能滿(mǎn)足系統(tǒng)功能要求。同時(shí)，SX1212芯片具有很高的集成度水平，正是在這種條件下，SX1212芯片的外圍元件數(shù)量相對(duì)較少，并且具有更高的靈活性，適用于無(wú)線(xiàn)傳感、無(wú)線(xiàn)遙控等工作場(chǎng)所。

2.3 電源部分設(shè)計(jì)

在物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，考慮到物聯(lián)網(wǎng)在使用過(guò)程中需要進(jìn)行多次充電，因此從功能上考慮，需要選擇具有可重復(fù)性的高性能電池。針對(duì)上述要求，選擇鋰電池，在綜合考慮不同鋰電池的使用壽命、放電電流等具體數(shù)據(jù)后，最終確定為3.6V聚合物鋰電池。

系統(tǒng)中每個(gè)模塊的工作電壓平均為3.3V，所以在電源部分設(shè)計(jì)中，需要將電池電壓控制到3.3V后使用。但是從當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際情況而言，物聯(lián)網(wǎng)各部分對(duì)電源的要求均不同，所以在電源部分設(shè)計(jì)中，必須要保證射頻識(shí)別模塊、控制器模塊持續(xù)供電，而數(shù)據(jù)通信模塊可以采用可控制的電源，對(duì)其通信用電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，保證用電效率。

在電源電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用HT7333低壓差穩(wěn)壓芯片，該芯片采用了COMS工藝手段，內(nèi)部設(shè)有低通態(tài)電阻晶體管。正是因?yàn)椴捎昧诉@種設(shè)計(jì)，電源才能保證電壓輸出的精準(zhǔn)度，并降低功率消耗情況，最終滿(mǎn)足整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)體系的供電要求。

2.4 通信部分設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)距離通信是物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，考慮到醫(yī)療設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)管理的特殊性，為了保證物聯(lián)網(wǎng)通信質(zhì)量，本文采用SMI900通信模塊。該模塊為標(biāo)準(zhǔn)串行接口，能夠滿(mǎn)足語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、傳真等多種形式的數(shù)據(jù)傳輸要求，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析傳輸能力。同時(shí)，SMI900通信模塊以ARM926EH-S芯片為處理器，該處理器的主要優(yōu)點(diǎn)就是穩(wěn)定性強(qiáng)，并且最大傳輸速率高，能滿(mǎn)足大多數(shù)情況下的數(shù)據(jù)傳輸要求。

3 物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)傳輸連接

在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，考慮到物聯(lián)網(wǎng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，采用GPRS數(shù)據(jù)傳輸模式，該模式是在GSM電話(huà)網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，采用分組交換的方式，在經(jīng)過(guò)不同路由傳輸后，接收端分別按照不同的功能需求確定原始數(shù)據(jù)信號(hào)。在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)階段，需要引入分組交換，之后基于TCP/IP外部網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成不同數(shù)據(jù)組之間的數(shù)據(jù)傳輸。此時(shí)移動(dòng)通信模塊的通信協(xié)議為AT指令，以AT開(kāi)始，用回車(chē)符結(jié)束，每條指令能否被順利執(zhí)行最終都會(huì)被返回。在這個(gè)過(guò)程中，數(shù)據(jù)傳輸連接的基本流程如圖1所示。

圖1 GPRS數(shù)據(jù)傳輸流程

根據(jù)圖1所介紹的數(shù)據(jù)傳輸流程可以發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)GPRS數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，AT指令作為一種通信標(biāo)準(zhǔn)，在整個(gè)信息數(shù)據(jù)傳遞中均發(fā)揮著重要的作用，所以為了保證其數(shù)據(jù)傳輸效果，在數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)發(fā)階段，必須要始終以該端的AT指令集作為參考（利用采用SIM900模塊），這樣就能完成整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療設(shè)備管理中的數(shù)據(jù)傳輸要求。

3.2 射頻識(shí)別與優(yōu)化

物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，射頻識(shí)別尤為重要。所以在設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)優(yōu)化設(shè)備識(shí)別手段，保證讀寫(xiě)器能夠正確識(shí)別信號(hào)覆蓋范圍下所有物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)參數(shù)。因此，射頻識(shí)別系統(tǒng)必須要具有防碰撞功能，保證讀寫(xiě)器能夠與物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)節(jié)點(diǎn)正常通信。在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了避免碰撞問(wèn)題發(fā)生，適當(dāng)減小讀寫(xiě)器發(fā)射功率，當(dāng)節(jié)點(diǎn)在接收到讀寫(xiě)器所放射的識(shí)別信號(hào)燈，會(huì)先偵聽(tīng)信道內(nèi)的信息資料，判斷信道內(nèi)是否具有其他信號(hào)，若發(fā)現(xiàn)還存在其他信號(hào)，則會(huì)在延遲一段時(shí)間后進(jìn)行二次監(jiān)聽(tīng)，直到節(jié)點(diǎn)接收到ID號(hào)。從實(shí)施效果來(lái)看，這種方法能夠有效避免出現(xiàn)信號(hào)沖突問(wèn)題。

之后，當(dāng)讀寫(xiě)器接收到節(jié)點(diǎn)所相應(yīng)的信號(hào)后，能夠根據(jù)ID號(hào)所發(fā)送的信息進(jìn)一步確定信號(hào)指令。在這個(gè)過(guò)程中，相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)將會(huì)進(jìn)一步調(diào)整信道，并通過(guò)發(fā)布其他指令的方法來(lái)識(shí)別其他節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而避免其他未讀取節(jié)點(diǎn)的干擾問(wèn)題。當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)都被充分的讀取之后，進(jìn)行讀寫(xiě)操作，此時(shí)讀寫(xiě)器將會(huì)發(fā)送更加詳細(xì)的指令信息進(jìn)入主信道，用來(lái)控制整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)在重要設(shè)備管理中發(fā)揮著重要作用，本文所介紹的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法能夠滿(mǎn)足醫(yī)療設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)管理的要求，因此在技術(shù)上具有可行性。所以對(duì)相關(guān)人員而言，在物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)該嚴(yán)格按照物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的技術(shù)規(guī)范，對(duì)其信息通信、電力供給等多個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)，確保物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的功能能夠滿(mǎn)足預(yù)期效果，為全面提高醫(yī)療設(shè)備管理水平奠定基礎(chǔ)。

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