TSM - Time4Life – Automatizare prin implementarea IoT pentru eficientizarea fluxului de donatori în centrele de transfuzie sanguine

Donez sânge de peste 5 ani, cu o frecvență constantă de o dată la 3 luni. În această perioadă, am observat o sarcină repetitivă în laboratorul de recoltare al Centrului de Transfuzie Sanguină din Cluj-Napoca: asistentele erau nevoite să străbată cabinetul până la ușa de acces, să o deschidă și să invite înăuntru un număr de persoane egal cu paturile de donat libere.
Această activitate, aparent simplă, fragmenta constant activitatea personalului medical și ducea la pierderi de timp și distragerea atenției de la lucrul esențial cu date și informații esențiale, precum grupele sanguine, Rh-ul sau alte detalii relevante pentru siguranța transfuziei.

Obiectivul proiectului Time4Life

Scopul proiectului Time4Life este de a automatiza chemarea donatorilor în sala de recoltare printr-un sistem IoT simplu, fiabil și eficient, care:

• elimină nevoia apelurilor verbale repetate;

• reduce timpul de reacție al donatorilor;

• fluidizează procesul de recoltare;

• îmbunătățește experiența donatorului și reduce stresul personalului.

Arhitectura tehnică a sistemului

Componente hardware

Se folosește un sistem de comunicare utilizat pentru rețelele implementate în orașele inteligente (și nu numai), similar cu cel folosit de semafoare, iluminat public, managementul deșeurilor, apometre, senzorii de parcare sau sisteme de calitatea aerului care comunică pe distanțe lungi folosind unde radio de tip LORA pe frecvența 868 MhZ.

De ce utilizăm această tehnologie?

Tehnologia LoRa este folosită în proiectele Smart City, precum Time4Life, datorită razei sale foarte mari de acoperire și consumului extrem de redus de energie. Aceasta permite conectarea eficientă a dispozitivelor inteligente din domenii variate (iluminat public, parcări, calitatea aerului, gestionarea deșeurilor etc.), fiind atât de eficientă încât poate transmite date prin pereți groși, beton sau metal, și poate fi mutată cu ușurință dintr-o clădire în alta, fără infrastructură complexă (doar alimentare electrică).

Comunicarea și transmisia de date se realizează strict între două puncte — master și slave — ceea ce oferă un grad ridicat de securitate și fiabilitate. Prin utilizarea unui singur canal radio și a unui cod de sincronizare (SYNC_WORD = 0xAB), mesajele sunt criptate la nivel de acces și recunoscute doar de dispozitivele din perechea autorizată, prevenind interceptarea sau interferențele din rețea. Sistemul transmite constant mesaje de tip "HEARTBEAT" și așteaptă confirmări ("ACK"), ceea ce permite monitorizarea în timp real a conexiunii și identificarea rapidă a problemelor.

Această arhitectură asigură o comunicare robustă, privată și eficientă, esențială în medii importante precum centrele de donare de sânge, unde timpul și încrederea în sistem fac diferența între succes și blocaj operațional.

Modulul Master este format din: procesor Heltec LoRa 32 v2, interconectat cu:

• la o tastatură 3x4 (cu taste de la 0 la 9);

• la un LCD 2004 I2C pentru feedback vizual.

Modulul Slave: procesor Heltec LoRa 32 v2, integrat într-o carcasă imprimată 3D sub forma unui digit cu 7 segmente (LED-uri) și un difuzor activ (ce redă fișierele mp3 stocate pe un card micro SD).

Comunicație tip master-slave între procesoare prin protocolul LoRa(1)

Comunicația se face printr-un protocol personalizat, inspirat din MQTT, în care fiecare mesaj trimis de Master așteaptă:

• confirmare de primire (ACK) și

• confirmare de execuție (RECV_OK) din partea Slave-ului.

Funcționarea sistemului

• Asistenta apasă pe Master tasta "3" de pe tastatura 3x4.

• Master:

  • afișează pe LCD mesajul "Trimis: 3";

  • trimite prin LoRa către Slave mesajul criptat cu numărul 3.

• Slave:

  • decodează mesajul;

  • afișează cifra "3" pe digitul LED;

  • redă fișierul audio: "Vă rugăm să intre 3 persoane".

Astfel, în mai puțin de 2 secunde, întreaga acțiune este transmisă și executată fără implicarea fizică a personalului.

Implementare și testare

• Prototipul a fost testat pentru o perioadă mai lungă de timp și pe distanță mai mare.

• Integrarea a fost realizată fără a perturba fluxul existent, iar sistemul a fost gândit să funcționeze autonom, să fie mutat în altă parte, cu posibilitate de update OTA.

• Codul firmware a fost scris în Arduino C++, utilizând bibliotecile LoRa.h, LiquidCrystal_I2C, Keypad, DFPlayerMini.

Impact și beneficii

• Timpul total de interacțiune directă pentru chemarea donatorilor a scăzut cu ~40%.

• Personalul a putut să se concentreze pe activitățile medicale și nu pe cele de organizare.

• Donatorii s-au declarat mulțumiți de profesionalismul și modernizarea fluxului.

• Proiectul a fost apreciat și în presa locală: Radio Cluj - Fiecare minut contează.

• Descrierea funcționării proiectului pe Youtube

Concluzii și perspective

Proiectul Time4Life este un exemplu simplu, dar eficient, despre cum tehnologia IoT poate îmbunătăți procese vitale din sectorul medical. Având costuri reduse și o arhitectură scalabilă, sistemul poate fi extins în:

• alte centre de transfuzie;

• spitale cu fluxuri mari;

• clinici de vaccinare sau triaj epidemiologic.

Mulțumiri și recunoaștere

Mulțumesc personalului Centrului de Transfuzie din Cluj pentru deschiderea arătată față de inovație, precum și celor care au sprijinit testele în teren. Proiectul este o contribuție civică și o dovadă că tehnologia poate salva timp - și, implicit, vieți.

Dicționar

(1) Protocolul LoRa (Long Range) pe 868 MHz este o tehnologie de comunicație radio *low-power, long-range*, utilizată în special pentru aplicații IoT (Internet of Things). Este parte a stivei LoRaWAN, dar LoRa ca atare se referă strict la modularea fizică a semnalului radio.

Cum funcționează LoRa pe 868 MHz

1. Frecvența 868 MHz

• Este o bandă ISM (Industrial, Scientific, Medical) nelicențiată în Europa.

• Se folosește în special în regiunile EU (în SUA este 915 MHz, iar în Asia 433 MHz).

2. Modulație

• LoRa folosește o tehnologie numită Chirp Spread Spectrum (CSS):

• Un "chirp" este un semnal a cărui frecvență crește sau scade în timp.

• Aceasta oferă o rezistență foarte bună la interferențe și zgomot.

• Se obține o rază mare de acoperire chiar și cu o putere redusă de transmisie (10-25 mW).

3. Parametri de configurare

• Spreading Factor (SF): de la SF7 (mai rapid, distanță mică) la SF12 (mai lent, distanță mare).

• Bandwidth (BW): tipic 125, 250, sau 500 kHz.

• Coding Rate (CR): între 4/5 și 4/8 - influențează corecția erorilor.

4. Topologie de rețea

• De obicei star-of-stars în LoRaWAN: nodurile comunică direct cu un gateway.

• În aplicații custom, se poate folosi și ca point-to-point (P2P) sau mesh simplificat (de ex. Meshtastic).

Avantajele LoRa 868 MHz

Limitări

Aplicații tipice

• Senzori de mediu (temperatură, umiditate, poluarea aerului etc.)

• Contorizare (apă, gaz, energie);

• Monitorizare agricultură (umiditate sol, vreme);

• Smart City (parcări, iluminat public, detectoare de zgomot);

• Aplicații industriale (trackere, monitorizare echipamente).

LoRa vs LoRaWAN