關于重要設備管理物聯網節點設計探討

莊菲

（淮安市第一人民醫院，江蘇 淮安 223001）

物聯網是指在互聯網的基礎上，按照特定的協議方法，通過各種信息采集與識別技術，將物品與通信網絡連接在一起，并完成各項管理工作的技術手段。醫療設備是重要設備管理的重要組成部分，這是因為醫療設備的運行效果直接影響醫院臨床工作的開展，若醫療設備正常運行受到影響，可能會影響治療工作進程，對患者生命安全構成威脅。所以在當前工作中，必須要構建基于醫療設備的管理物聯網，為進一步提高管理效果奠定基礎。

1 系統總體設計方案

1.1 總體目標

構建基于醫療設備的管理物聯網節點，其主要目的就是要通過物聯網技術手段來提高設備自動化與信息化管理的整體質量，在這個過程中，需要設置一種能夠被自動讀取、識別的物聯網節點，方便相關人員管理。因此為了能夠實現這個目標，物聯網節點所應該具有的功能包括以下內容。（1）具有射頻識別功能，所產生的無線信號信息應該符合信息產業部門無線電管理單位的相關要求。（2）能夠完成遠程通=信，并將設備的具體數據回傳至控制中心。（3）節點滿足充電等個性化管理要求。

1.2 物聯網節點設計思路

物聯網節點作為構成物聯網的基礎，其硬件組成與軟件功能都會直接影響物聯網性能。從功能上來看，由于該物聯網的主要功能是進行設備管理，所以在功能確定中，必須要保證物聯網節點的相關信息能夠被讀取、識別。所以在功能設定中，必須要設有射頻識別功能，采用有源射頻識別方式完成設備管理。為了保證物聯網節點能夠實時反饋具體的通信資料，應該采用多種方式發送設備信息，依靠現有的移動通信網絡來降低成本。在整個物聯網節點設計過程中，應該充分認識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，能夠依靠實現各方面的正常工作來實現設備管理。

2 物聯網節點的硬件部分設計

2.1 控制部分設計

本文所介紹的物聯網節點控制部分主要由微控制器及其外圍電路組成，考慮到該物聯網必須要具有射頻識別電力功能、數據傳輸模塊功能等多種要求，所以控制部分必須要設有多個串口的微控制器。同時，在保證電池電量穩定的情況下，積極改善控制器的功耗水平，避免因為嚴重的功耗而影響物聯網節點的正常工作。

基于上述條件要求，選擇MSP43OF5438A的16位超低功耗微控制器，該控制器設有256KB內存、16KB的RAM、12位ADC等，能滿足多種條件下的物聯網節點運行要求，適用于多種工作環境；同時，該控制器所能容納的資源總量豐富，并設有大量的通訊端口，尤其適用于節點控制要求。

2.2 射頻識別部分設計

在物聯網節點設計中，射頻識別部分在整個系統中占據著重要位置，直接影響物聯網節點的讀寫可靠性與讀寫記錄，是影響物聯網系統功能的重要因素。所以在系統設計中，必須要保證無線收發器能夠長時間處于接收狀態，進而保證信號的實時供應效果。本文在設備識別部分設計中，考慮到單芯片無線收發的詳細要求，選擇SX1212芯片，該芯片具有抗干擾能力強、接收靈敏度高等優點，并且所接收的電流僅有2.6mA，能滿足設備識別的要求，所以能夠成為射頻識別部分的通信芯片。

SX1212芯片作為一種超低功率的單芯片無線芯片，其最大發射功率達到了+12.5dBm，其接收功率低、集成度高，包含邏輯控制結構、射頻電路等，因此在功能上能滿足系統功能要求。同時，SX1212芯片具有很高的集成度水平，正是在這種條件下，SX1212芯片的外圍元件數量相對較少，并且具有更高的靈活性，適用于無線傳感、無線遙控等工作場所。

2.3 電源部分設計

在物聯網節點設計中，考慮到物聯網在使用過程中需要進行多次充電，因此從功能上考慮，需要選擇具有可重復性的高性能電池。針對上述要求，選擇鋰電池，在綜合考慮不同鋰電池的使用壽命、放電電流等具體數據后，最終確定為3.6V聚合物鋰電池。

系統中每個模塊的工作電壓平均為3.3V，所以在電源部分設計中，需要將電池電壓控制到3.3V后使用。但是從當前物聯網節點的實際情況而言，物聯網各部分對電源的要求均不同，所以在電源部分設計中，必須要保證射頻識別模塊、控制器模塊持續供電，而數據通信模塊可以采用可控制的電源，對其通信用電情況進行實時控制，保證用電效率。

在電源電路結構設計中，采用HT7333低壓差穩壓芯片，該芯片采用了COMS工藝手段，內部設有低通態電阻晶體管。正是因為采用了這種設計，電源才能保證電壓輸出的精準度，并降低功率消耗情況，最終滿足整個物聯網體系的供電要求。

2.4 通信部分設計

遠距離通信是物聯網節點設計的重點內容，考慮到醫療設備物聯網管理的特殊性，為了保證物聯網通信質量，本文采用SMI900通信模塊。該模塊為標準串行接口，能夠滿足語音、數據、傳真等多種形式的數據傳輸要求，具有強大的數據分析傳輸能力。同時，SMI900通信模塊以ARM926EH-S芯片為處理器，該處理器的主要優點就是穩定性強，并且最大傳輸速率高，能滿足大多數情況下的數據傳輸要求。

3 物聯網節點軟件設計

3.1 數據傳輸連接

在數據傳輸過程中，考慮到物聯網對數據傳輸的要求，采用GPRS數據傳輸模式，該模式是在GSM電話網基礎上發展而來的，采用分組交換的方式，在經過不同路由傳輸后，接收端分別按照不同的功能需求確定原始數據信號。在系統軟件設計階段，需要引入分組交換，之后基于TCP/IP外部網絡來完成不同數據組之間的數據傳輸。此時移動通信模塊的通信協議為AT指令，以AT開始，用回車符結束，每條指令能否被順利執行最終都會被返回。在這個過程中，數據傳輸連接的基本流程如圖1所示。

圖1 GPRS數據傳輸流程

根據圖1所介紹的數據傳輸流程可以發現，在整個GPRS數據傳輸過程中，AT指令作為一種通信標準，在整個信息數據傳遞中均發揮著重要的作用，所以為了保證其數據傳輸效果，在數據傳輸開發階段，必須要始終以該端的AT指令集作為參考（利用采用SIM900模塊），這樣就能完成整個物聯網醫療設備管理中的數據傳輸要求。

3.2 射頻識別與優化

物聯網節點設計中，射頻識別尤為重要。所以在設計軟件系統時，應該重點優化設備識別手段，保證讀寫器能夠正確識別信號覆蓋范圍下所有物聯網的節點參數。因此，射頻識別系統必須要具有防碰撞功能，保證讀寫器能夠與物聯網的相關節點正常通信。在系統軟件設計過程中，為了避免碰撞問題發生，適當減小讀寫器發射功率，當節點在接收到讀寫器所放射的識別信號燈，會先偵聽信道內的信息資料，判斷信道內是否具有其他信號，若發現還存在其他信號，則會在延遲一段時間后進行二次監聽，直到節點接收到ID號。從實施效果來看，這種方法能夠有效避免出現信號沖突問題。

之后，當讀寫器接收到節點所相應的信號后，能夠根據ID號所發送的信息進一步確定信號指令。在這個過程中，相對應的節點將會進一步調整信道，并通過發布其他指令的方法來識別其他節點，進而避免其他未讀取節點的干擾問題。當所有節點都被充分的讀取之后，進行讀寫操作，此時讀寫器將會發送更加詳細的指令信息進入主信道，用來控制整個物聯網運行。

4 結語

物聯網在重要設備管理中發揮著重要作用，本文所介紹的物聯網節點設計方法能夠滿足醫療設備物聯網管理的要求，因此在技術上具有可行性。所以對相關人員而言，在物聯網節點設計階段，應該嚴格按照物聯網節點的技術規范，對其信息通信、電力供給等多個方面進行改進，確保物聯網節點的功能能夠滿足預期效果，為全面提高醫療設備管理水平奠定基礎。

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