摘要：目的：设计基于无线通信的医疗设备远程在线监测系统，实现实时监测局域网内医疗设备的运行状态，提高设备使用管理水平。方法：设计一套智能联网的在线监测系统，系统包括上位机软件和前端数据采集单板，对Evita系列呼吸机进行检测，以WiFi为媒介连接呼吸机，采集医疗设备的工作状态，并通过上位机二次显示。结果：通过对重症监护室（ICU）两台Evita4呼吸机的试点采样和联网测试，验证了该系统运行的可行性。结论：该智能联网监测系统可采集医疗设备的在线使用数据，为医疗设备的使用率统计提供便利。
关键词：无线通信；医疗设备；远程在线监测；系统设计
引言
医疗设备的使用率管理是设备质量控制的范畴，但传统的设备管理方式无论从收费端口或是使用登记记录的统计均采用繁琐的人工方法，占用了大量的人力时间和精力。因此，加强对于医疗设备的使用管理和监测、提高设备管理精益化水平已成为医院医疗设备管理重要课题。为此，本研究设计一套智能的联网监测系统，该系统包括上位机软件（特指PC机用户软件）和前端数据采集单板（简称单板）。以WiFi为媒介连接呼吸机，将采集到的医疗设备工作状态通过上位机二次显示。选择的医疗设备为遵循MediBus通信协议的Evita系列呼吸机（德国Dräger公司）。
1在线监测系统硬件设计
1.1硬件总体结构
在线监测系统的硬件部分主要由PC机、无线路由及数据采集单板组成。数据采集单板与呼吸机通过RS232串口实现连接，并实现与呼吸机的数据通讯与预处理，将处理后的数据通过WiFi发送至上位机软件，采用了用户数据报协议（userdatagramprotocol，UDP）的通讯协议。上位机的主要任务是实时接收各个单板发送来的数据，并显示在界面上。
1.2数据采集单板硬件设计
1.2.1主控MCU
设计采用KinetisL系列微控制器（MKL26Z256VLL4），内部具备了256KB的Flash和32KB的静态随机存取存储器（staticrandom-accessmemory，SRAM）。MCU并不能独立工作，必须给其供电，配上时钟，并提供复位信号等，也可以包括烧录接口或者调试接口，所组成的电路成为MCU的最小系统，是MCU工作所必须的最低规模的外围电路。
1.2.2WiFi模块
本研究设计采用LPB100超低功耗嵌入式WiFi模组，提供了一种将用户的物理设备连接到WiFi无线网络上，并提供通用异步收发器串口等接口传输数据的解决方案。该模块硬件上集成了媒体访问控制、基频芯片、射频收发单元以及功率放大器；嵌入式的固件则支持WiFi协议及配置，以及组网的传输控制协议与互联网协议协议栈。WiFi模块的应用电路使用了MCU的串口0，WiFi模块的Ready和Link引脚连接到了MCU的通用输入与输出，便于MCU查询WiFi模块的状态，MCU和WiFi模块之间采用AT指令进行数据通讯。
1.2.3系统电源
设计电源电路的过程是一个权衡的过程，需要考虑的因素有：输出电压、电流功耗、输入电压、输出纹波等，更设置于需要考虑电磁兼容、电磁干扰、体积限制、功耗限制和成本限制。考虑到便于单板的取电，采用常见的适配器供电，供电范围为9～12Vdc，采用AOZ1031和LM1117-3V3电源芯片实现降压。
1.2.4配置接口及存储电路
（1）配置接口电路。单板需要配置一些参数，并本地保存，如WiFi的服务集标识符和Psk、远程服务器地址与端口、Evita机所属科室与资产编号等。通过MCU的串口2进行通讯并实现参数配置，为了便于使用，故设计了通用串行总线到串口的桥接电路，采用了CH340G实现上述功能。
（2）存储电路。系统中的配置参数需要存储，使用AT24C系列外部电可擦除可编程只读存储器。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆AT24C02内部具有256x8Bits的存储空间，使用I2C总线与MCU通讯。
2在线监测系统软件设计
2.1WiFi模块AT指令
（1）HF-LPB100模块支持串口透明传输模式，在硬件上使用MCU的串口0与之通讯，软件上需通过AT指令配置必要的参数，上电后模块自动连接到默认的无线网络和服务器，模块的串口在透明传输模式下工作，无需关心复杂的无线局域网协议，减少了集成无线数据传输的软件开发工作量，需要预设的参数为：①无线网络参数。网络名称、安全模式、密钥；②TCP/UDP连接参数。协议类型、连接类型、目的端口、目的IP地址；③串口参数。波特率、数据位、校验位、停止位和硬件流控制。
（2）HF-LPB100上电后，默认进入透传模式，为了配置上述参数，需要通过串口命令把模块切换命令模式，默认的串口参数配置为：115200bps/8位数据位/无校验位/1位停止位。
（3）通过串口调试工具输入“+++”，模块返回“a”，在3s内发送“a”，模块返回“+ok”，即进入命令模式，再采用AT+WSSSID，AT+WSKEY配置无线网络参数，AT+Z指令可重启模块使设置生效，AT+NETP配置TCP/UDP连接参数，最后利用AT+ENTM进入透传模式。
2.2MCU软件设计
2.2.1MediBus通信协议
MediBus是德尔格医疗设备与外部医疗设备或非医疗设备之间进行数据交换的通信协议，MediBus主要用于具备RS232接口的仪器，分为命令指令和命令响应两种类型的信息：①命令指令，发送于一台仪器向另一台仪器请求数据或控制的时候；②命令响应，发送于一台仪器对于另一台仪器发来的命令做出响应时。在初始化通信或重新启动通信超时阶段，设备必须发送初始化通信命令。
根据MediBus通信协议，用USB转RS232串口线将呼吸机与PC机相连接，前期用串口调试助手来调试和接收命令，确定PC机和呼吸机连接正常，基于上步正确的指令响应数据，然后利用特制的串口线将数据采集单板和呼吸机相连接，利用PC机与呼吸机的通讯格式进行通讯，如此即可检测到呼吸机是否在线。
2.2.2串口配置与WiFi无线数据传输
该系统包括上位机软件和前端数据采集单板。其中，上位机软件分为参数配置软件与服务器软件，参数配置软件可以用于配置单板的一些固有属性，如单板ID、本机IP地址与端口、服务器IP地址与端口、WiFi的SSID与PSK等。单板与参数配置软件间采用串口通讯，使用USB线进行连接；WiFi无线数据传输，单板利用LPB100嵌入式WiFi模块接入局域网络，控制核心MCU与LPB100模块采用了串口通讯，LPB100具备串口透明传输模式，与服务器建立连接后的网络UDP通讯实为串口通讯。
2.2.3单片机软件工作流程
单片机是数据采集单板的核心，在其控制下各个模块展开工作，其初始化主要包括了GPIO初始化、串口初始化、定时器初始化、中断初始化和EEPROM数据初始化，随后其包括了3个关键的任务：①负责接收来自串口的配置数据用于配置单板；②负责接收和发送网络数据；③负责与呼吸机通讯的数据采集任务。
结语
通过两台Evita4呼吸机的采样试点和联网测试，本研究成功收集了两台呼吸机在线状态数据，验证了该系统运行的可行性，但是该产品在设计上还有很大的提升空间，可根据MediBus通信协议扩展呼吸机的运行数据监测，进一步减轻护理人员的床边工作量；也可扩展到其他多种类别的医疗设备在线监测，为统计分析使用率提供更大的便利。
参考文献：
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[2]殷相飞，杨冰，张和华.医疗设备状态监测方法及其应用前景[J].中国医学装备，2016，13（4）：126-129．
论文作者:王剑
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/7
标签：单板论文; 串口论文; 在线论文; 医疗设备论文; 模块论文; 呼吸机论文; 参数论文; 《基层建设》2019年第11期论文;