关于重要设备管理物联网节点设计探讨.doc

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1、Research and Exploration 研究与探索 生产与管理 关于重要设备管理物联网节点设计探讨 庄菲 （淮安市第一人民医院，江苏 淮安 223001） 摘要：本文重点研究了重要 设备管理物联网节点设计的相关问 题，并以医疗设备为研究对象，对其物联 网设备管理的 节点设计问题做深入研究。在本次研究中，文章将从多个维度入手，阐述了医疗设备管理物联 网节点设计的思路。总体而言， 本文所介绍的物联网设备管理节点的设计具有可行性，能满足设备管理的要求，因此，应该在更多地区做进一步推广。 关键词：医疗设备；物联网节点；设备管理 中图分类号： TN929.5 文献标识码： A 文章编号： 16

2、71-0711（ 2018） 03（下） -0018-02 物 联网 是 指 在 互联 网 的 基础 上， 按 照 特 定的 协 议 方法 ，通过 各种信 息采集 与识 别技 术 ，将物 品与通 信网 络连 接在一 起，并 完成各 项管 理工作 的技术 手段。 医疗 2 物联网节点的硬件部分设计 设备 是重要 设备管 理的重 要组成 部分， 这是因 为医 疗设 备的 运行效 果直接 影响医 院临床 工作的 开展， 若医 疗设 2.1 控制 部分 设计 本 文所 介 绍 的物 联 网 节点 控 制 部分 主 要 由微 控 制 备正 常运行 受到影 响，可 能会 影响治 疗工作 进程， 对患 者生

3、 命安全 构成威 胁。所 以在 当前工 作中， 必须要 构建 基于 医疗设 备的管 理物联 网，为 进一步 提高管 理效 果奠 定基 础。 1 系统总体设计方案 1.1 总 体目标 构 建基 于 医 疗 设备 的 管 理物 联 网 节点 ， 其主 要 目 的就 是要通 过物联 网技术 手段来 提高设 备自 动化与 信息 化管 理的整 体质量 ，在这 个过 程中， 需要设 置一种 能够 被自 动读取 、识别 的物联 网节 点，方 便相关 人员管 理。 因此 为了能 够实现 这个目 标，物 联网节 点所应 该具 有的 功 能包 括以 下 内容 。（ 1） 具有 射频 识 别功 能， 所产 生 的无

4、 线信号 信息应 该符合 信息产 业部门 无线 电管理 单位 的 相关 要求 。（ 2）能 够 完成 远程 通 = 信， 并将 设备 的 具体数据回传至控制中心。（ 3）节点满足充电等个性 化管 理要求 。 1.2 物 联网节 点设 计思路 物 联网 节 点 作 为构 成 物 联网 的 基 础， 其 硬件 组 成 与软 件功能 都会直 接影 响物联 网性能 。从功 能上来 看， 由于 该物联 网的主 要功能 是进行 设备 管理，所 以在 功能 确定 中，必须 要保证 物联网 节点的 相关信 息能够 被读取、 识别 。所以 在功能 设定中 ，必 须要设 有射频 识别功 能， 采用 有源射 频识别

5、 方式完 成设备 管理。 为了保 证物 联网 节点 能够实 时反馈 具体的 通信资 料，应 该采用 多种 方式 发送 设备信 息，依 靠现有 的移 动通信 网络来 降低成 本。 在整 个物联 网节点 设计过 程中， 应该充 分认识 到控 制部 分的 重要性 ，所以 在功能 确定中 必须要 保证其 功能 的交 互性 ，能够依 靠实现 各方面 的正常 工作来 实现设 备管理。 器及 其外围 电路组 成，考 虑到该 物联网 必须要 具有射 频 识别 电力功 能、数 据传输 模块功 能等 多种要 求，所 以控 制部 分必须 要设有 多个串 口的 微控制 器。同 时，在 保证 电池 电量稳 定的情 况下

6、， 积极改 善控 制器的 功耗水 平， 避免 因为严 重的功耗 而影响 物联网 节点的 正常 工 作。 基 于 上 述 条 件 要 求， 选 择 MSP43OF5438A 的 16 位 超 低 功 耗 微 控 制 器， 该 控 制 器 设 有 256KB 内 存、 16KB 的 RAM、 12 位 ADC 等 ， 能 满 足 多 种 条 件 下 的 物联 网节点 运行要 求，适 用于多 种工 作环境 ；同时 ，该 控制 器所能 容纳的 资源总 量丰富 ，并设 有大量 的通讯 端 口， 尤其适 用于节点 控制要 求。 2.2 射频 识别 部分 设计 在物联 网节点 设计中， 射频识 别部分在 整

7、个 系 统中 占据 着重要 位置， 直接影 响物联 网节点 的读写 可靠性 与 读写 记录， 是影响 物联网 系统功 能的 重要因 素。所 以在 系统 设计中 ，必须 要保证 无线收 发器能 够长时 间处于 接 收状 态，进 而保证 信号的 实时供 应效 果。本文 在设 备识 别部 分设计 中，考 虑到单 芯片无 线收 发的详 细要求 ，选 择 SX1212 芯 片， 该芯 片具 有 抗干 扰能 力强 、接 收灵 敏 度高 等优 点，并 且所接 收的 电流仅 有 2.6mA， 能满足 设 备识别的 要求，所以能 够成为射 频识别部分的通 信芯片。 SX1212 芯片作 为一种 超低功 率的单

8、芯片无线 芯片， 其 最大 发射 功率 达到 了 + 12.5dBm，其 接收 功率 低、 集 成度 高，包 含逻辑 控制结 构、射 频电 路等， 因此在 功能 上 能满 足 系统 功能 要 求。 同时 ， SX1212 芯片 具 有很 高 的 集成 度 水平， 正 是在 这 种条 件下 ， SX1212 芯 片的 外 围元 件数量 相对较 少，并 且具 有更高 的灵活 性，适 用于 无线 传感、 无线遥 控等工作 场所。 2.3 电源 部分 设计 在 物联 网 节 点设 计 中， 考 虑 到物 联 网 在 使用 过 程 中需 要进行 多次充 电，因 此从 功能上 考虑， 需要选 择具 18

9、中国设备工程 2018.03 ( 下 ) C Plant 中国 设备 有 可重复 性的高 性能电 池。针对 上述要 求，选 择锂电池 ， 在 综合考 虑不同 锂电池 的使用 寿命、 放电电 流等 具体数 据 后，最 终确定 为 3.6V 聚合 物锂电 池。 系 统 中每 个 模块 的 工 作电 压 平均 为 3.3V， 所 以在 电 源部分 设计中 ，需 要将电 池电压 控制到 3.3V 后 使用。 但 是从当 前物联 网节点 的实际 情况而 言，物 联网 各部分 对 电源的 要求均 不同， 所以 在电源 部分设 计中， 必须要 保 证射频 识别模 块、控 制器 模块持 续 供电 ，而数 据通

10、信 模 块可以 采用可 控制的 电源， 对其通 信用电 情况 进行实 时 控制， 保证用 电效率 。 在 电源电路 结构设 计中，采 用 HT7333 低压 差稳压 芯 片， 该 芯片 采 用了 COMS 工 艺手 段， 内 部设 有 低通 态 电阻晶 体管。 正是因 为采 用了这 种设计 ，电源 才能保 证 电压输 出的精 准度， 并降 低功率 消耗情 况，最 终满足 整 个物联 网体系 的供电 要求。 2 .4 通 信部 分设计 远 距离通信 是物联 网节点 设计的 重点内 容，考 虑到 医 疗设备 物联网 管理的 特殊性 ，为了 保证物 联网 通信质 图 1 GPRS 数据传输流程 En

11、gineering 工程 量 ，本 文采 用 SMI 900 通 信模 块。该 模块 为标 准串 行接 口 ，能够 满足语 音、数 据、传 真等 多种形 式的数 据传输 要 求， 具 有 强 大的 数 据 分析 传 输 能力 。同 时 ， SMI900 通 信模块 以 ARM926EH-S 芯 片为处 理器 ，该 处 理器的 主 要优点 就是稳 定性 强，并 且最大 传输速 率高， 能满足 大 多数情 况下的 数据传 输要求。 3 物联网节点软件设计 3 .1 数 据传 输连接 在 数 据 传输 过 程 中， 考虑 到 物 联 网对 数 据 传输 的 要 求， 采用 GPRS 数据 传输 模式

12、 ，该 模式 是在 GSM 电 话 网基础 上发展 而来 的，采 用分组 交换的 方式， 在经过 不 同路由 传输后 ，接收 端分别 按照不 同的功 能需 求确定 原 始数据 信号。 在系统 软件 设计阶 段，需 要引入 分组交 换 ，之 后基于 TCP/IP 外部 网络 来完成 不同 数据组 之间 的 数据传 输。此 时移动 通信模 块的通 信协议为 AT 指令 ， 以 AT 开始 ，用 回车符 结束 ，每条 指令 能否 被顺利 执行 最 终都会 被返回 。在这 个过 程中， 数据传 输连接 的基本 流 程如图 1 所示。 根 据 图 1 所介 绍 的 数 据 传输 流 程 可 以发 现 ，

13、在 整 个 GPRS 数 据传输 过程中， AT 指令作 为一种 通信标准 ， 在 整个信 息数据 传递中 均发挥 着重要 的作 用， 所 以为了 保 证其数 据传输 效果， 在数 据传输 开发阶 段，必 须要始 终 以 该端 的 AT 指 令 集作 为参 考（ 利用 采 用 SIM900 模 块 ），这 样就能 完成整 个物联 网医 疗设备 管理中 的数据 传 输要求 。 3 .2 射 频识 别与优 化 物 联 网 节点 设 计 中， 射 频 识别 尤 为 重 要。 所以 在 设 计软件 系统时 ，应该 重点 优化设 备识别 手段， 保证读 写 器能够 正确识 别信号 覆盖范 围下所 有物

14、联网的 节点参 数 。因此 ，射频 识别系 统必 须要具 有防碰 撞功能 ，保证 读写器 能够与 物联网 的相 关节点 正常通 信。在 系统软 件 设计过 程中， 为了 避免碰 撞问题 发生， 适当减 小读写 器 发射功 率，当 节点在接 收到读 写器所 放射的 识别信 号灯， 会先侦 听信道 内的信 息资 料，判 断信道 内是否 具有其 他 信号， 若发现 还存 在其他 信号， 则会在 延迟一 段时间 后 进行二 次监听 ，直到 节点接 收到 ID 号 。从实 施效果 来看， 这种方 法能够 有效避 免出现 信号冲突 问题。 之后 ， 当读 写 器 接 收到 节 点 所 相应 的 信 号 后

15、， 能 够根 据 I D 号 所发 送的 信息 进 一步 确定 信号 指令 。在 这 个过程 中，相 对应 的节点 将会进 一步调 整信道 ，并通 过 发布其 他指令 的方法 来识 别其他 节点， 进而避 免其他 未 读取节 点的干 扰问题 。当所有 节点都 被充分 的读取 之后， 进行读 写操作 ，此时 读写器 将会 发送更 加详细 的指令 信 息进入 主信道 ，用来 控制整 个物联网 运行。 4 结语 物联 网 在 重要 设 备 管 理中 发 挥 着重 要 作 用， 本 文 所介绍 的物联 网节点 设计 方法能 够满足 医疗设 备物联 网 管理的 要求， 因此 在技术 上具有 可行性 。所

16、以 对相关 人 员而言 ，在物 联网 节点设 计阶段 ，应该 严格按 照物联 网 节点的 技术 规范， 对其信 息通信 、电力 供给等 多个方 面 进行改 进，确 保物 联网节 点的功 能能够 满足预 期效果 ， 为全面 提高医 疗设备 管理水 平奠定基 础。 参考文献： 1 焦阳，王聘，李 守宏 . 基于 ZigBee 物联网的智 能计算机实 验 室管理系统 J. 电大理工， 2016,(03):25-27. 2 张泽建， 王晓东， 晏芳 . 基于 物联网 技术的 仓储环 境感知 系 统设计 J. 物流技术， 2016， 35(08):119-121,125. 3 张美平，许力 . 基 于 ZigBee 的物联 网环境数据 采集与控制 系 统 J. 计算机系统应用， 2015， 24(02):59-64. 中国设备工程 2018.03 下） 19 hina