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stm32开发医疗输液设备的监控系统

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楼主: wangjiahao88
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 11:28 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 11:28 | 只看该作者
    各部分功能:监测终端主控芯片采用STM32F103C8T6控制器,负责采集红
外接收管引脚电压,对数据分析计算,控制外围功能模块;红外发射和接收管用
于检测是否有药水下落;LED指示灯用来指示药水滴落速度和输液状态,方便观
看,其闪烁频率与药水滴落频率一致;蜂鸣器用于报警,当药水下落过快或滴完
时,蜂鸣器会被触发,语音模块会现场语音提醒,同时监控终端会进行远程通知;
步进电机装有偏心轮,驱动电机转动让偏心轮挤压输液管,来达到控制滴速和截
流的功能。按键用来随时主动呼叫服务中心;LoRa无线模块将输液现场滴速、余
量等周期数据以及滴完、超速、呼叫等突发数据,上传至服务中心和移动手持端;
铿电池为整个装置供电。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 11:28 | 只看该作者
    红外光电二极管是能将电能转变成红外光辐射出去的发光元器件,广泛应用
于各种遥控收发器和光控电路里,通常把一对红外发射管和红外接收管称作红外
对管。
    本系统采用红外对管来监测输液的状态,与测重法、电极法以及液面监测法
对比,电路结构简单;结合液滴识别算法,性能稳定,抗干扰强,成本低,且安
装使用便捷。采用非接触式的监测方法,具有无损检测的特点,满足医院无菌的
要求。
    红外对管的具体技术参数如下:直径:3 mm;波长:940nm;工作电压:约1.2V;
工作电流:20mA;测量的效距离:<20cm;耗散功率:150mW;工作温度:-25
至75摄氏度。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 11:28 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 11:29 | 只看该作者
    带信号处理的红外对管监测电路工作原理:当红外对管之间有药液滴下时,
红外二极管的光线被药液阻挡,光敏三极管截止,通过上拉电阻A点输出高电平。
比较器同相输入端通过分压电阻R12, R13设置阂值比较电压B,当A点电压超
过B点电压,比较器输出低电平,相反则输出高电平,实现药水滴落的信号整形
为TTL电平信号,供控制器采集分析。这种方式需要增加额外的电压比较器,使
电路结构变复杂,增加输液监控装置的能耗和成本。
    控制器的计算能耗远小于电压比较器的能耗。本文不增加额外功能元件,结
合高效液滴识别算法,改进红外对管监测硬件电路,保证监测精度同时简化电路
设计,降低成本和功耗,改进后电路图如图3-3所示。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 11:29 | 只看该作者
    改进后红外对管检测原理:当药水从红外对管中间经过时,会折射或遮蔽红
外光线,将会改变红外接收管的导通电阻,从而改变PAO引脚的输出电压,输出
电压在。-3.3V之间变化。利用STM32控制器的AD转换功能将采集的电压值转
换成数字量。有药水下落时,电压数字量发生大幅度改变,当超过阂值时,从而
判断出有药水滴下。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 11:30 | 只看该作者
    声光报警电路如图3-4所示,LED指示灯用于对输液监控终端的工作状态和
药水滴速进行指示,方便人员观察;蜂鸣器用于对输液过程发生的异常状况进行
现场报警。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 11:32 | 只看该作者
    LED指示灯一端与3.3V电源相连,另一端通过分别与STM32控制器的PC13
和PA15引脚相连,电阻起限流作用。当PC13和PA15引脚为低电平时LED灯
亮,当PC13和PA15引脚为高电平时,LED灯熄灭。绿色LED作用是指示药水
滴落速率,其闪烁频率与药水滴落速率一致;红色LED亮起表示输液处于异常状
态。
    蜂鸣器电路中,当PA1引脚为高电平时,三极管58050导通,蜂鸣器G端相
当于接地,蜂鸣器发声;当PA1引脚为低电平时,三极管58050不导通,蜂鸣器
G端相当于断开,蜂鸣器不发声。该蜂鸣器作用是当药水下落速度异常或滴完时
发出报警。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 11:32 | 只看该作者
    药水自动滴速调节是通过步进电机传动机构实现,步进电机带动偏心轮旋转,
挤压输液管,调节药水滴速,机械结构如图3-5所示。步进电机的运行通过电脉
冲进行控制,其转动角度和速度正比于脉冲个数和频率;每个脉冲信号驱动步进
电机转动一个固定角度,称为步距角;转动总角度由脉冲信号的数量决定,转动
的速度由脉冲信号的频率决定。本节主要对步进电机和驱动芯片选型,设计步进
电机的硬件驱动电路。
    本设计采用1 SBY20L01 C两相四线永磁式步进电机,实物如图3-6所示。其
质量轻、力矩大、体积小,既符合传动机构对力矩的需求,又能够缩小监控终端
装置的重量和体积。其相关特性参数为:尺寸:1 Smm* 11. Smm;质量:20g;驱
动电压/电流:SV/O.SA;步距角0.90/1.80;保持转矩:27g/cm;定位力矩:7. S g/cm o

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 13:57 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 13:58 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 13:58 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 13:59 | 只看该作者
    MY2490-16采用MY2490-24SS MP3主控芯片,支持MP3 ,  WAV格式解码;
支持插入最大容量为32G的TF卡;内部具有3W功放电路,能够直接驱动3W
的喇叭。其工作电压为SV,静态电流为17mA;与STM32的通信接口为USART3
串口,3.3VTTL电平,波特率9600,通过串口能实现选曲播放、插播、暂停、加
减音量和跳转上下曲等功能。其与STM32控制器接线如图3-9示。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 14:01 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 14:26 | 只看该作者
    该LoRa模块采用SEMTECH公司的SX1278射频芯片,通信接口为TTL串
口,收发一体,透明传输方式,能工作在410-441 MHz共32个频段;基于先进的
LoRa扩频技术,信号穿透力和传输距离与比传统频移键控FSK提高1倍以上;
支持前向纠错FEC算法,被干扰的数据包能被主动修正,抗干扰能力更强;能实
现超远通讯距离,可达3000m,且具有超低功耗的空中唤醒模式;数据收发通过
TTL串口输出,兼容3.3V与SV的IO电压,最大功率为1 OOmW o LoRa模块各
引脚功能如表3-1所示:

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 14:26 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 14:27 | 只看该作者
    (1>定点发射
    模块支持地址寻呼功能,主机能向任意地址模块发射数据,实现中继和组网
的功能。例如模块A往模块B(信道为oxos,地址为oxooou发送数据AA BB cc,
其数据格式要求为:00 0l os AA BB cc。其中00 0l是模块B的地址,os是模块
B的信道,则模块B会收到AA BB cc,其他地址和信道的模块接收不到数据。
模块的地址可设为。-65535。本此设计采用的就是定点发射方式。
    (2)广播监听
    设置模块的地址为Oxffff,能监听到同一信道上的所有模块发送的数据。发
射的数据,能被同一信道上任意地址的模块接收到,实现监听和广播的功能。
    (3)省电用法
    当模块处于模式2即省电模式,模块只能接收不能发射,发射模块必须工作
在模式1即唤醒模式,发射模块会在发射的数据上自动增加唤醒码,接收模块在
收到唤醒码时才接收数据,此状态下模块的工作电流约几十uAo
    (4)休眠功能
    当模块处于模式3即休眠模式时,无线关闭,此时模块整机工作电流约2.OuA,
模块在该模式下仍能够接收MCU从串口传来的配置数据。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 14:27 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 14:34 | 只看该作者
    移动手持端由护士随身携带使用,即使护士不在监控服务中心也能收到监控
终端传来的各种信息,此外能对病人、药水和监控终端上的二维码信息验证,结
构图如图3-12所示。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-6-19 14:35 | 只看该作者
    各部分功能:整个设备控制芯片仍采用STM32F 103RCT6控制器;LoRa无
线模块用于和监控终端、服务中心通信;语音模块用于重要信息播报,语音提醒
医护人员;二维码引擎用于二维码信息读取,通过串口传给控制器处理;铿电池
为整个设备供电。

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