无线射频和电力载波在医疗设备监控中的应用

摘 要：利用射频识别技术监测设备运行环境，将监测数据通过电力线传输到监测中心，中心PC机通过对监测数据的分析能很好地维护和管理医疗设备。在现场大型医疗设备中安装此监控系统，可以监测医疗设备的运行状态，达到维护医疗设备的目的，从而节约财力物力、提高经济效益。

关键词：医疗设备；监控；射频识别；电力载波

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2011）011-0108-02

1 监控设备工作原理

整个医疗设备监控系统主要涉及两方面的知识，在系统现场单元中安装了一个射频识别监控器件，通过该现场单元器件把采集到的射频识别数据转换成电力信号，再利用电力载波技术把对应的电力信号通过电力线传输到监控中心端。其系统框架如图1所示：

在医疗设备的办公场所，安装一个如图1所设置的现场监控系统。利用射频识别RFID（即Radio Frequency Identification，亦称RFID）采集现场数据，将现场数据通过现场单元转换至通信接口，而后发送到微控制器，通过信号的调制利用电力转接口传输至电源导线中。再利用电源线的载波信号将数据传输至系统监控中心。从而可以监控设备的运行情况。

需要注意的是，低压电力线上存在信号衰减大、时变性大、噪声影响大等问题，这些问题导致误码率升高，通信质量严重下降。除了选择好的通信器件来提高通信质量、降低误码率外，另外可采用一些纠错能力强的编译码方案，并带有64KB的嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。该系统选择SGSTHOMSON公司的ST7538芯片，具有半双工、同步/异步FSK（调频）调制解调器功能。ST7538内部集成了发送和接收数据的所有功能，通过串行通信，可以方便地与微处理器相连接。内部具有电压自动控制和电流自动控制，只要通过耦合变压器等少量外部器件即可连接到电力网中。发送电路由C4、C5、R3、L3、D1、D2、D3、T1、C1、L1、R1构成，其中C4、C5、R3、L3与C1、L1、R1分别构成两个带通滤波器，而D1、D2、D3构成保护电路。这里C表示电容器，L表示电感器，R表示电阻器，D表示二极管，T表示变压器。2个带通滤波器的理想谐振频率可由如下公式计算：

F1=1πL3CA（1）

F2=1πLBCB（2）

其中CA=1C4+1C5，CB=1C1+1C5，LB=L1+Lload。接收电路由C2、C3、R2、L2、D1、D2、D3、T1、C1、L1、R1构成，其中D1、D2、D3同样构成保护电路，而C2、C3、R2、L2构成一个二阶的接收带通滤波电路，其中心频率f0及品质因素Q可以由以下公式计算：

f0=12πL2C3（3）

Q=R2C2L2（4）

2 现场单元

整个系统中，现场单元是很重要的环节。它肩负着对医疗设备相关数据的采集如：设备的型号、性能、使用地点、使用日期、所使用的人员信息、开机时间、诊治人次、运行状态正常与否、运行故障次数、售后服务状况等。这些数据对于我们了解设备、保养设备很重要，在这些参数的指导下我们可以节约设备维护成本，节省设备开支，减轻患者负担，提高医院的经济效益。RFID数据采集模块如图2所示：

在医院的大型医疗设备中我们安装一套现场单元，该现场单元包括RFID数据采集模块，同时能接收和发送数据，通过调制转换到电力线上传输至设备监控端。这里的现场单元镶嵌到被监控的大型医疗设备内，当该医疗设备工作时，其设备的型号、性能、使用日期、使用地点、所使用的人员信息、开机时间、诊治人次、运行状态正常与否、运行故障次数等参数由现场单元通过设备的用电网络传输到系统监控中心，系统监控中心合法性验证和故障检测后向现场单元发出合法、非法及状态（正常、非正常）等指令，现场单元根据监控中心的指令以及设备使用人员初始设置条件来运行，遇到异常现象可以执行停机或报警操作。整个现场单元包括单片机系统、电力载波信号转换装置和监控设备运行的控制报警系统。现场单元功能原理图如图3所示。

现场单元主要功能有实时数据采集，设备实时跟踪、精确定位与动态显示，设备调度及统计管理，报警功能等。实时数据的采集主要通过RFID系统和传感器采集（传感器采集的数据要进行A/D转换），这些采集到的数据保存在单片机系统的微芯片中，数据经过电力载波信号转换装置通过电力网络传输，最终传送至监管中心的PC机操作平台。计算机将数据存入数据库，并进一步判断该设备是否处于安全范围内，若超过规定阈值则自动报警。

单片机系统：由单片机及嵌入软件、数据采集及存储及报警、以及看门狗电路组成，通过软件设置及电路连接对相关功能模块的实施管理，完成与管理中心数据交换及对用电设备的智能控制。电力载波系统：电力载波系统功能主要是通过公用电网传输或接收单片机或管理中心数据。主要由载波芯片、带通滤波器、前置放大、功率放、时钟等模块组成。电连接器：其功能保证设备开启与载波信息同步和实现电器设备管理跟踪仪认证控制，包括点连接和控制开关，其节点AC即普通3芯单相插头，启用设备时插入用电插座即开始运行。RFID系统能读取射频信号IC卡上面的数据，这里有两个IC卡即IC1和IC2，IC1是医疗设备所在环境的某一固定位置编码，其检测范围在10米之内；IC2是使用者或用户持有卡，数据读取输入时要求卡距离RFID数据采集端在0.06米之内，同时将用电设备电器参数（电压、电流、开启时间）等数据打包由载波系统通过电联接点向系统监控中心传送，并接收监控中心的指令发出语音及声光提示。

3 在大型医疗设备中的应用

根据无线射频和电力载波技术在监控设备方面的工作原理，我们设计了一套针对大型医疗设备的监控系统，医院员工的IC卡上面将使用设备员工的数据录入到现场单元，射频识别系统获取电子标签上面的射频信号，传感器将医疗设备所在的环境参数采集到后一并传输到现场单元的存储模块中，而后将这些数据通过电力线中的电力载波信号传输到单片机系统中，如果发现使用中设备有不正常的状态则由单片机系统发出报警。

通过在某市中心医院使用该医疗设备监控系统的状况表明，该系统能克服传统中不能在线跟踪和精确定位医疗设备的缺点，能实现真正意义的设备动态监控、管理和调度，节约了大型医疗设备维护的成本，使大型医疗设备的作用和效率最大限度的发挥出来，创造良好的社会效益和经济效益，使医院投资进入一个良性循环，在这方面解决了医院设备管理工作的重大课题。具有一定的经济价值和实际意义。

4 结束语

目前，大型医疗设备约占医院医疗装备资产的80%，提高大型医疗设备的完好率、恰当地保养维护设备已迫在眉睫。文章利用目前先进的射频识别技术监测大型医疗设备运行状态，通过电力载波技术利用电力线传输监测到的数据，从而形成对医疗设备实时监控管理系统。这对合理运用、科学管理大型医疗设备，节约能源提高医院经济效益具有重要意义。

文章的新颖点在于，充分利用了现行的电力线系统，通过电力载波技术和射频技术实现了电器设备的监控，为电力线的用途又创造了一个新的亮点。

参考文献：

［1］ WENGUANG SONG.The research of one self-adapt wireless sensor network rate flow control［C］.NSWCTC 2009 Table of Contents Volume-2［EI］,2009.

［2］ 彭小娟,刘世安,熊春如,等.复杂事件处理在大规模RFID数据通信中的应用研究［J］.化工自动化及仪表,2009(4).

［3］ 陈海宇.电力载波和射频识别在矿井监测中的应用［J］.煤炭技术,2010(3).

［4］ 江琼琴,李应军,丁文波.电力载波在电器设备监控中的应用［J］.长江大学学报:自然科学版理工卷,2010(6).

（责任编辑：余 晓）