CN113938949A - 一种具有数据无线传输功能的呼吸支持设备及相应的传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用NB‑IoT技术来无线传输数据的呼吸机及相应的数据传输方法。此方法旨在解决在现有技术方法中呼吸支持设备所具有的局限性或者重大问题(WiFi模块联网局限性大；GPRS模块速度慢，传输数据量小；4G模块昂贵且深处医院大楼内部或者在某些郊区时，信号差甚至无信号)，通过NB‑IoT模块与治疗服务器建立从物理层到应用层的网络连接，使得呼吸支持设备能将数据准确、及时地发往服务器。

Description

一种具有数据无线传输功能的呼吸支持设备及相应的传输 方法
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其是利用NB-IoT技术传输数据的呼吸机及方法。
背景技术
包括呼吸机在内的呼吸支持设备，在治疗患者时，会产生大量的数据，包括机器本身的设置参数、使用时间以及病人的各项生理指标等等(在本文中，统称为“数据”)，为了帮助医生及时了解病人情况并提出更好的治疗方式，需要将这些数据提取出来并进行分析。同时，这些数据也有助于产品生产厂家及时了解呼吸设备的治疗使用情况。所以，如何正确地收集并能快速、稳定传输这些数据，就变得尤为重要。
目前呼吸支持设备所采用的数据收集传输方法有：1.使用离线的可移动存储介质，如SD卡存储呼吸支持设备收集到的数据；2.采用联网方式，向远程服务器实时传输呼吸支持设备收集到的数据。其中大部分呼吸支持设备采用SD卡收集数据，少部分采用联网方式实时传输数据。
目前呼吸支持设备联网并传输数据的方法有基于GPRS模块的联网方法、基于WiFi模块的联网方法以及基于4G模块的联网方法。对于基于GPRS模块的联网方法，此方法有信号差，速度较慢、数据传输量过小等缺点；对基于WiFi模块的联网方法，此方法有重大局限性，必须在有WiFi的区域才可以使用；对于基于4G模块的联网方法，此方法使用成本高，若深处医院大楼内部或位于郊区等偏远地区时，此方法甚至还会出现信号差甚至无信号的重大缺点。上述联网方式所具有的缺点或局限性会严重影响病人的治疗体验，甚至导致医疗事故。
现有的可移动存储介质SD卡无法将治疗数据在第一时间反馈给医生和厂商，而现有联网方法则受限于治疗场所联网信号强度、是否存在WiFi网络等问题。
NB-IoT(Narrow Band Internet of Things,窄带物联网)是一种新兴的基于蜂窝网络的通信技术，其属于半双工通信方式，有信号覆盖范围极广且极深(即便在下水道井盖下也有不错的信号)且抗干扰能力强等显著优点，同时还拥有不错的上行和下行速率。因此，人们迫切希望获得一种能利用NB-IoT技术解决上述缺点，从而稳定、快速地无线传输前述数据的方法。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种具有数据无线传输功能的呼吸支持设备及相应的数据传输方法，其可以解决在现有技术方法中呼吸支持设备所具有的局限性或者重大问题(WiFi模块联网局限性大；GPRS模块速度慢，传输数据量小；4G模块昂贵且深处医院大楼内部或者在某些郊区时，信号差甚至无信号)。本方法与服务器建立从物理层到应用层的网络连接，使得呼吸支持设备能将数据准确、及时地发往服务器。
根据本发明的具有数据无线传输功能的呼吸支持设备，其具有：主控MCU模块和NB-IoT模块。
根据本发明的应用于呼吸支持设备的数据无线传输方法，其包括以下步骤：
步骤一：启动NB-IoT模块；
步骤二：对所述NB-IoT模块进行相关功耗配置；
步骤三：设置所述NB-IoT模块的联网通讯频段；
步骤四：等待所述NB-IoT模块连上蜂窝小区并获取所述NB-IoT模块的IP地址，并与治疗平台服务器建立TCP连接；
步骤五：在应用层建立与服务器的应用层网络连接；
步骤六：主控MUC模块通过所述NB-IoT模块向所述治疗平台服务器发送呼吸支持设备的设备号与收集的数据；
步骤七：所述治疗平台服务器收到数据包后，解析所述数据包，并回复解析结果；
步骤八：所述NB-IoT模块收到所述治疗平台服务器的反馈消息后，将消息转发给主控MCU模块；主控MCU模块判读是否需要重发数据包，若解析结果为所述治疗平台服务器解析数据包失败，则所述主控MCU模块控制重发数据包，若解析结果为所述治疗平台服务器解析数据包正确，则整个流程成功结束。
本发明的内容将在下文中结合具体实施例及附图进行进一步的详细说明。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
现有的具有联网功能的呼吸支持设备中WiFi联网方式存在呼吸支持设备必须在有WiFi的区域方可使用的局限性，4G联网存在费用昂贵且深处医院大楼内部或地处郊区时信号过差甚至无信号的问题，GPRS联网则存在速度过慢、信号差、过时等问题，这些问题或者局限性，会严重影响患者的使用和治疗体验，甚至导致医疗事故。而本发明中呼吸支持设备利用NB-IoT联网可解决现有呼吸支持设备(通过4G,WiFi,GPRS联网)所存在的上述局限性或问题，大幅提高呼吸支持设备的使用和治疗体验效果，防止医疗事故的产生。
附图说明
图1为根据本发明的呼吸支持设备的部分电路原理图；
图2为根据本发明的应用于呼吸支持设备的无线数据传输方法的流程图。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
附图1是根据本发明的，利用NB-IoT技术无线传输数据的呼吸设备的部分电路示意图。
为实现上述目的，根据本发明的呼吸支持设备，其包括：主控MCU模块、NB-IoT模块。其中，所述主控MCU模块通过其串口UART和I/O端口与NB-IoT模块连接。所述NB-IoT模块还包含天线部分、SIM卡部分和电源VCC部分。
如图1所示，所述主控MCU模块UART-TX脚与NB-IoT模块的RXD脚相连，将数据发往NB-IoT模块。主控MCU模块的UART-RX脚与NB-IoT模块的TXD脚相连，接收NB-IoT模块向主控MCU模块发送的数据。UART口用于接收发送数据的连接控制，确保NB-IoT模块正常收发数据。主控MCU模块的I/O1和I/O2引脚分别与NB-IoT模块的reset引脚和pwrkey引脚相连，通过I/O1复位NB-IoT模块，通过I/O2启动NB-IoT模块。
对于呼吸支持设备的其他部件或模块，例如数据采集模块等，因并非本发明的要点，在此不再赘述。
如图2所示，将呼吸支持设备中的数据进行无线传输的方法，其具体包括如下步骤：
一、启动NB-IoT模块，包括：
1、呼吸支持设备上电后，主控MCU模块将NB-IoT模块的reset脚和pwrkey脚拉到开机相应电平，主控MCU自动开启NB-IoT模块；
2、主控MCU模块向NB-IoT模块发送命令关闭深度睡眠模式，禁止NB-IoT模块进入睡眠模式，使得呼吸支持设备能随时发送数据，若NB-IoT模块回复出错，则复位NB-IoT模块。
二、对NB-IoT模块进行相关功耗配置，包括：
1、主控MCU模块将功耗相关指令通过其串口UART-TX脚发送给NB-IoT模块，并等待NB-IoT模块的回复；
2、NB-IoT处理完指令后并回复消息给主控MCU模块；
3、主控MCU模块处理NB-IoT模块的回复，若NB-IoT模块回复出错，则复位NB-IoT模块，并重复执行上述所有步骤一次。
三、获取最合适的通讯频段，根据不同的网络供应商所布局的网络的不同频段范围，选取最优工作频段，主控MUC模块向NB-IoT模块发送指定通信工作频段的指令，若NB-IoT模块回复出错，则复位NB-IoT模块并重复执行上述所有步骤一次。
四、等待NB-IoT模块连上蜂窝小区并获取NB-IoT模块的IP地址，并与治疗平台服务器建立TCP连接，包括：
1、NB-IoT模块成功连上蜂窝小区并获取IP地址后，通过主控MUC的串口UART-RX脚通知主控MUC模块获取IP地址成功；
2、主控MUC模块中的呼吸支持设备程序根据存储的治疗平台服务器的IP地址与端口号设定一条建立TCP连接的指令；
3、呼吸支持设备程序自动向NB-IoT模块发送上述TCP连接指令，并等待NB-IoT模块执行上述指令的结果回复；
4、主控MCU模块自动处理NB-IoT模块执行指令的结果回复，若指令执行结果正常，TCP连接成功则进入步骤五，否则主控MCU模块重新向NB-IoT模块发送TCP连接指令。
五、在应用层与服务器建立应用层网络连接。为了与服务器在应用层通信，呼吸支持设备需要将应用层协议的包头字段、设备编号和收集到的数据进行打包，包括：
1、主控MCU模块获取IMEI(International Mobile Equipment Identity)号作为本呼吸支持设备的设备号；
2、主控MCU模块将应用层协议的包头字段作为数据包的头部；
3、主控MCU模块将呼吸支持设备的设备号和收集到的数据进行作为数据包的负载；
4、主控MCU模块将数据包的头部和负载打包，生成一个应用层数据包。
六、呼吸支持设备向服务器发送呼吸支持设备的设备号与收集的数据包，包括：
1、主控MCU模块根据预存的服务器IP地址和端口号与应用层数据包生成一条指令；
2、主控MCU模块将此指令通过UART-TX脚发给NB-IoT模块；
3、NB-IoT模块收到指令后，转发数据包给服务器。
七、服务器收到数据包后，解析数据包，并回复解析结果。包括：
1、服务器解析数据包(读取设备号以及呼吸支持设备收集的数据，判断数据和设备号是否正确)；
2、若解析成功，则回复解析成功，若失败(设备号或者收集的数据有误)，则回复解析失败。
八、NB-IoT模块收到服务器反馈消息后，将消息转发给主控MCU模块；主控MCU模块判读是否需要重发数据包，包括：
1、NB-IoT模块收到服务器反馈的消息后，将此消息通过主控MUC的串口UART-RX脚发给呼吸支持设备的主控MCU模块；
2、主控MCU模块根据应用层协议解析服务器反馈消息，获取服务器解析数据包的结果，判读服务器是否成功识别呼吸支持设备收集到的数据，若解析结果为服务器解析数据包失败，则主控MCU模块则重发数据包，若解析结果为服务器解析数据包正确，则整个流程成功结束。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有数据无线传输功能的呼吸支持设备，其特征在于，包括：主控MCU模块和NB-IoT模块。
2.一种应用于呼吸支持设备的数据无线传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：启动NB-IoT模块；
步骤二：对所述NB-IoT模块进行相关功耗配置；
步骤三：设置所述NB-IoT模块的联网通讯频段；
步骤四：等待所述NB-IoT模块连上蜂窝小区并获取所述NB-IoT模块的IP地址，并与治疗平台服务器建立TCP连接；
步骤五：在应用层建立与服务器的应用层网络连接；
步骤六：主控MUC模块通过所述NB-IoT模块向所述治疗平台服务器发送呼吸支持设备的设备号与收集的数据；
步骤七：所述治疗平台服务器收到数据包后，解析所述数据包，并回复解析结果；
步骤八：所述NB-IoT模块收到所述治疗平台服务器的反馈消息后，将消息转发给主控MCU模块；主控MCU模块判读是否需要重发数据包，若解析结果为所述治疗平台服务器解析数据包失败，则所述主控MCU模块控制重发数据包，若解析结果为所述治疗平台服务器解析数据包正确，则整个流程成功结束。
3.如权利要求2所述的数据无线传输方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：所述呼吸支持设备上电后，主控MCU模块将NB-IoT模块的reset脚和pwrkey脚拉到开机相应电平，主控MCU自动开启NB-IoT模块；主控MCU模块向NB-IoT模块发送命令关闭深度睡眠模式，禁止NB-IoT模块进入睡眠模式，使得呼吸支持设备能随时发送数据，若NB-IoT模块回复出错，则复位NB-IoT模块。
4.如权利要求2所述的数据无线传输方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：主控MCU模块将功耗相关指令通过其串口UART-TX脚发送给NB-IoT模块，并等待NB-IoT模块的回复；NB-IoT处理完指令后并回复消息给主控MCU模块；主控MCU模块处理NB-IoT模块的回复，若NB-IoT模块回复出错，则复位NB-IoT模块并重复执行上述所有步骤一次。
5.如权利要求2所述的数据无线传输方法，其特征在于，所述步骤三包括：根据不同的网络供应商所布局的网络的不同频段范围，选取最优工作频段，主控MUC模块向NB-IoT模块发送指定通信工作频段的指令，若NB-IoT模块回复出错，则复位NB-IoT模块并重复执行上述所有步骤一次。
6.如权利要求2所述的数据无线传输方法，其特征在于，所述步骤四包括：NB-IoT模块成功连上蜂窝小区并获取IP地址后，通过主控MUC的串口UART-RX脚通知主控MUC模块获取IP地址成功；主控MUC模块中的呼吸支持设备程序根据存储的治疗平台服务器的IP地址与端口号设定一条建立TCP连接的指令；呼吸支持设备程序自动向NB-IoT模块发送上述TCP连接指令，并等待NB-IoT模块执行上述指令的结果回复；主控MCU模块自动处理NB-IoT模块执行指令的结果回复，若指令执行结果正常，TCP连接成功则进入步骤五，否则主控MCU模块重新向NB-IoT模块发送TCP连接指令。
7.如权利要求2所述的数据无线传输方法，其特征在于，所述步骤五包括：主控MCU模块获取IMEI(International Mobile Equipment Identity)号作为本呼吸支持设备的设备号；主控MCU模块将应用层协议的包头字段作为数据包的头部；主控MCU模块将呼吸支持设备的设备号和收集到的数据作为数据包的负载；主控MCU模块将数据包的头部和负载打包，生成一个应用层数据包。
8.如权利要求2所述的数据无线传输方法，其特征在于，所述步骤六包括：主控MCU模块根据预存的服务器IP地址和端口号与应用层数据包生成一条指令；主控MCU模块将此指令通过UART-TX脚发给NB-IoT模块；NB-IoT模块收到指令后，转发数据包给服务器。
9.如权利要求2所述的数据无线传输方法，其特征在于，所述步骤七包括：服务器解析数据包(读取设备号以及呼吸支持设备收集的数据，判断数据和设备号是否正确)；若解析成功，则回复解析成功，若失败(设备号或者收集的数据有误)，则回复解析失败。
10.如权利要求2所述的数据无线传输方法，其特征在于，所述步骤八包括：NB-IoT模块收到服务器反馈的消息后，将此消息通过主控MUC的串口UART-RX脚发给呼吸支持设备的主控MCU模块；主控MCU模块根据应用层协议解析服务器反馈消息，获取服务器解析数据包的结果，判读服务器是否成功识别呼吸支持设备收集到的数据，若解析结果为服务器解析数据包失败，则主控MCU模块则重发数据包，若解析结果为服务器解析数据包正确，则整个流程成功结束。
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