【正文】 數(shù)據(jù)信息的傳輸是在單根數(shù)據(jù)線上，以每次一個(gè)二進(jìn)制的0、1為最小單位進(jìn)行傳輸。第一部分是串行通信口的參數(shù)設(shè)置。在設(shè)計(jì)通信程序時(shí)，必須設(shè)置串行通信口的通信參數(shù)和通信協(xié)議的約定[11]。4S定時(shí)中斷來否？ 中斷入口 N 重置初值 Y R4值是否變化？ N設(shè)置聲光報(bào)警 Y 圖43報(bào)警模塊流程圖 The alarm module flow chart要實(shí)現(xiàn)輸液的遠(yuǎn)程監(jiān)控，上下位機(jī)之間必須有通信模塊。，蜂鳴器進(jìn)入工作狀態(tài)開始鳴叫，提醒病人液滴己輸完或有意外發(fā)生。②輸液因意外情況而發(fā)生中斷，這時(shí)中斷前的一滴液滴后也沒有液滴滴下它就和第一種情況的當(dāng)輸液成功完成時(shí)相同，這時(shí)R4的值也就不會(huì)變化，報(bào)警。當(dāng)判斷出R4的值沒有任何變化就說明4S內(nèi)沒有液滴滴下，給報(bào)警標(biāo)志位置1，使它們驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管和蜂鳴器進(jìn)行聲光報(bào)警。因此，只要在4S內(nèi)有液滴滴下R4中的值就一定會(huì)改變，在正常的輸液情況下在4S的時(shí)間內(nèi)R4的值是一定會(huì)改變的。外部中斷INTO入口保護(hù)現(xiàn)場R4+1；F0=0；恢復(fù)現(xiàn)場圖42 液滴計(jì)數(shù)模塊流程圖 Drip count module flow chart查詢液滴有無及液滴過慢時(shí)的報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)主要是通過4S定時(shí)中斷來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)有一個(gè)外部中斷時(shí)就對R4進(jìn)行加1，這樣就實(shí)現(xiàn)了對液滴的計(jì)數(shù)，雖然R4的最大值只有255，但是在通信程序中我們設(shè)計(jì)了每隔4S進(jìn)行一個(gè)循環(huán)，在現(xiàn)實(shí)輸液的過程中在4S的時(shí)間間隔內(nèi)液滴的滴數(shù)是不可能達(dá)到255滴，所以用一個(gè)8位的寄存器對液滴計(jì)數(shù)完全是可行的。這樣，只要對由工INTO傳來的中斷個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)就相當(dāng)于對液滴的滴數(shù)計(jì)數(shù)。這就要把定時(shí)/計(jì)數(shù)器O設(shè)置在定時(shí)的功能。系統(tǒng)中，當(dāng)有液滴滴下時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字脈沖，就會(huì)在單片機(jī)系統(tǒng)中產(chǎn)生一個(gè)外部中斷O，系統(tǒng)在該中斷計(jì)數(shù)時(shí)，需要開啟外部中斷O，并將其模式設(shè)置為電平觸發(fā)模式，以及用于計(jì)數(shù)的R4寄存器的請O。(沒有完)。①串口初始化，串口使用工作方式1，波特率通過定時(shí)器T1溢出率設(shè)為1200bit/s，容許接收，必將定時(shí)器1的初值設(shè)為248(OE8)。主模塊是核心，它主要是管理各子模塊，以及對數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以及串口部分的初始化。 圖41從站軟件流程圖 The software flow chart整個(gè)下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)程序由三個(gè)子程序模塊和一個(gè)主控程序模塊構(gòu)成。②4S定時(shí)判斷和現(xiàn)場報(bào)警程序，主要是用于對是否有液滴滴下和液滴過慢時(shí)的報(bào)警。4 輸液監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)輸液遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)的核心是單片機(jī)，而軟件是單片機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)和可靠性在很大程度上決定于軟件。首先介紹了系統(tǒng)硬件的總體框圖。在本設(shè)計(jì)中的通信電路的硬件電路設(shè)計(jì)主要就是通信節(jié)點(diǎn)電路的設(shè)計(jì)，通信結(jié)點(diǎn)電路由RS485/232接口電路、單片機(jī)和電源電路組成。各個(gè)下位機(jī)設(shè)有自己唯一的地址，且下位機(jī)之間不能通訊，一切通訊受上位機(jī)(PC機(jī))控制開始時(shí)，下位機(jī)都處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待上位機(jī)發(fā)出指令。利用RS232口與現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)檢測系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)系統(tǒng)主機(jī)控制多臺(tái)檢測系統(tǒng)。而下位機(jī)和PC機(jī)的連接，直接體現(xiàn)在DNC(Direct Numerical Control or Distributed Numerical Control)用一個(gè)上位機(jī)(PC機(jī))對多臺(tái)下位機(jī)進(jìn)行控制，完成單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)。在本系統(tǒng)中主要是用于對一遠(yuǎn)程輸液系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，這就需要一個(gè)通信電路把遠(yuǎn)程的監(jiān)控對象數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的采集傳送給上位監(jiān)控系統(tǒng)(PC機(jī))。星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一臺(tái)PC對應(yīng)多臺(tái)單片機(jī)。它可以采用點(diǎn)對點(diǎn)形或星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以很容易實(shí)現(xiàn)串行口通信。RS485半雙工異步通信總線是一種被廣泛使用的數(shù)據(jù)通信總線?，F(xiàn)階段，這種應(yīng)用的核心便是數(shù)據(jù)通信，它包括單片機(jī)和上位機(jī)之間、客戶端和服務(wù)器之間以及客戶端和客戶端之間的通信，而單片機(jī)和上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信則是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 為了不影響別的病人發(fā)出報(bào)警聲后可斷開S5鍵取消蜂鳴器使系統(tǒng)更加人性化。 圖38 電源電路 power supply circuit 本設(shè)計(jì)采用一個(gè)蜂鳴器與一個(gè)發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。此外由于設(shè)計(jì)到對步進(jìn)電機(jī)的控制，步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路由UN2001N驅(qū)動(dòng)，需要+5V電壓。電源的設(shè)計(jì)取決于系統(tǒng)所要求的供電方式，如是采用單電源方案，還是多電源方案，系統(tǒng)的功耗有無特殊規(guī)定等。壽命長：LCD器件本身無老化問題，壽命極長。（5）沒有電磁輻射：在其現(xiàn)實(shí)期間不會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，對環(huán)境無污染，有利于人體健康。因此適合人的視覺習(xí)慣，不會(huì)使人的眼睛疲勞。（2）平板型結(jié)構(gòu)：LCD內(nèi)由兩片平行玻璃組成的夾層盒，面積可大可小，且適合于大批量生產(chǎn)，安裝時(shí)占用體積小，減小了設(shè)備的體積。（1）低壓微功耗：工作電壓只有3～5V，工作電流只有幾個(gè)微安。 本設(shè)計(jì)對按鍵進(jìn)行功能定義：S1：按下一次，表示對吊瓶液體體積進(jìn)行選擇,選擇完畢后再次按下S1確認(rèn)；連續(xù)按下兩次表示對輸液管型號即輸液系數(shù)進(jìn)行選擇，選擇完畢再次按下S1表示確認(rèn)。每次只處理一個(gè)按鍵，其間對任何按鍵的操作對系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，且無論一次按鍵時(shí)間有多長，系統(tǒng)僅執(zhí)行一次按鍵功能程序。(1)檢測有無按鍵按下，并采取硬件或軟件措施，消除鍵盤按鍵機(jī)械觸點(diǎn)抖動(dòng)的影響。也就是說，它能提供標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平，以便與通用數(shù)字系統(tǒng)的邏輯電平相容。全編碼鍵盤能夠由硬件邏輯自動(dòng)提供與鍵對應(yīng)的編碼，此外，一般還具有去抖動(dòng)和多鍵、竄鍵保護(hù)電路，這種鍵盤使用方便，但需要較多的硬件，價(jià)格較貴，一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)較少采用。按鍵按照接口原理可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識(shí)別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。前者造價(jià)低后者壽命長。 圖35信號檢測波形 Waveform signal detection鍵盤是由一組規(guī)則排列的按鍵組成，一個(gè)按鍵實(shí)際上是一個(gè)開關(guān)元件，也就是說鍵盤是一組規(guī)則排列的開關(guān)。暫穩(wěn)時(shí)間到了后。波形示意圖如35所示。由于正常輸液速度為40100滴/分，以最快速度計(jì)算，每分100滴，取R6=100K，C=luF可由公式（）得暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間為:tw=RCln3=104秒 ()twTmin可以有效避免兩個(gè)液滴間的干擾。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路中，輸出的矩形脈沖寬度其實(shí)就是暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間，它的長短取決于電路的參數(shù)值。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。 圖34 點(diǎn)滴檢測及信號整形電路 Spot detection and signal shaping circuit在檢測過程中，將滴管放在檢測光線的中間，由于外部光線的影響以及液滴的表面是曲面狀的，使其測量產(chǎn)生的波形不穩(wěn)定，干擾較大。將光敏二極管輸出的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，把檢測的信號進(jìn)行整形后送入單片機(jī)處理，就可以計(jì)算出液滴的速度[7]。紅外發(fā)射器發(fā)出紅外光后，光線穿透滴斗后照射到接收二極管，接收二極管將照射到它上的光線轉(zhuǎn)換成電流信號進(jìn)行輸出。 滴速檢測電路是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中重要的部分之一，能否準(zhǔn)確的對滴速測量是對滴速進(jìn)行控制的關(guān)鍵。因?yàn)槠鋬r(jià)格便宜，內(nèi)置軟件看門狗可免除外接看門狗芯片降低成本，又與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容便于掌握，片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程使用靈活方便，故而選擇AT89C52作為下位機(jī)的微處理器[4][5]。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。AT89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位，I/0口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。使用Ateml公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C5l產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 3 系統(tǒng)從站的硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)從站系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，為從站系統(tǒng)設(shè)計(jì)出以下系統(tǒng)框圖CANH RXDCANL TXD 驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)AT89C52聲光報(bào)警 鍵盤及顯示電路EEPROM 檢測電路圖31從站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 From the station system structure diagram從站用AT89C52作為微處理器，蜂鳴器和發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，ULN2001A用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)采用四相八拍進(jìn)行控制。為簡化起見電源擴(kuò)展未畫，整體系統(tǒng)框圖如圖21所示。其中輸液信號采集單元完成輸液信號的采集工作，脈沖整形和A/D轉(zhuǎn)換單元把采集到的模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號以便單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)處理完畢后一方面顯示輸液速度等信息，另一方面根據(jù)設(shè)定的輸液速度對輸液速度進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)通過CAN總線將信息傳送至PC上位機(jī)。 系統(tǒng)總體框圖根據(jù)前面的系統(tǒng)分析，本文研究的基于AT89C52的輸液監(jiān)控系統(tǒng)主要有三大部分組成，它們分別是由PC機(jī)構(gòu)成的主站、由AT89C52單片機(jī)為核心的各個(gè)從站以及主從站之間的數(shù)據(jù)通信線路。此外CAN總線還有數(shù)據(jù)傳輸率高、網(wǎng)絡(luò)調(diào)試容易、后期維護(hù)成本低等寶貴特點(diǎn)。在節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤對系統(tǒng)的影響方面，由于CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響，因而對節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤CAN總線型系統(tǒng)基本無影響。在通信失敗率方面，CAN總線通過CAN總線控制器接口芯片的兩個(gè)輸出端CANH和CANL與物理總線相連，而CANH端得狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài)，CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。在總線利用率方面，由于CAN．bus是多主從結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有CAN控制器，多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)，以發(fā)送的ID號自動(dòng)進(jìn)行仲裁，這樣就可以實(shí)現(xiàn)總線數(shù)據(jù)不錯(cuò)亂，而且一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)完，另一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以探測到總線空閑，而馬上發(fā)送，這樣省去了主機(jī)的詢問，提高了總線利用率，增強(qiáng)了快速性。CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。2C數(shù)據(jù)傳送率可高達(dá)每秒十萬位，高速方式時(shí)在每秒四十萬位以上，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個(gè)組件狀態(tài)的通信。作為一個(gè)醫(yī)療系統(tǒng)，可靠性顯然是其第一要?jiǎng)?wù)，故而不使用RS485串口通信的方案。這樣容易造成一個(gè)節(jié)點(diǎn)破壞了，拼命向總線發(fā)數(shù)據(jù)(比如一直發(fā)1)，這樣造成整個(gè)總線癱瘓。最為重要的是RS一485的網(wǎng)絡(luò)特性為單組節(jié)點(diǎn)，即只能構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，一個(gè)主站對從站的點(diǎn)對多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，通信方式也只能以主站輪詢的方式進(jìn)行，在這種網(wǎng)絡(luò)中如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性較差。而且RS．485還有一些與生俱來的缺點(diǎn)，如數(shù)據(jù)傳輸率低、抗干擾能力較弱、網(wǎng)絡(luò)調(diào)試?yán)щy、通信失敗率高等。在多機(jī)系統(tǒng)中，通常采用RS42RS485串行標(biāo)準(zhǔn)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。結(jié)合AT89C52本身，其內(nèi)部有一個(gè)全雙工串行口，共有4種工作方式。因?yàn)樗笥蓵r(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)接收與發(fā)送之間的嚴(yán)格同步，對時(shí)鐘信號相位的一致性要求非常嚴(yán)格，導(dǎo)致其硬件設(shè)備復(fù)雜，成本高，不宜使用，所以采取異步串行通信方式。并行通信一般在實(shí)際當(dāng)中用得較少，其特點(diǎn)是傳輸速度快，但是占用單片機(jī)I/D口較多，需要的傳輸線也很多，不適合遠(yuǎn)距離通信，因此棄用而采用串行通信方式。 方案二：采用有線方式。雖然能夠外加功放以使功率提升至30dbm，但是這樣增加了成本，同時(shí)擅自增大RF輻射功率不僅會(huì)對人身健康產(chǎn)生不利影響，而且可能會(huì)面臨法律上的問題，因此也不宜使用。藍(lán)牙技術(shù)比較復(fù)雜，功耗也比較大。 常用的無線方式有紅外、藍(lán)牙、Zigbee、無線收發(fā)模塊等?？紤]到上述各種電機(jī)的性能和特點(diǎn)，使用步進(jìn)電機(jī)可以較好滿足本系統(tǒng)的功能要對以上兩種方案進(jìn)行比較之后，我們決定選擇第二種方案，來實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的精確控制。方案三:采用伺服電機(jī)。易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。方案二:采用步進(jìn)電機(jī)。方案一:采用直流電機(jī)。本系統(tǒng)我們采用第二種方案。方案二:通過設(shè)計(jì)機(jī)械裝置來夾緊或放松莫氏管來控制輸液滴速。另一方面，經(jīng)試驗(yàn)得出輸液瓶在一米高的時(shí)候，滴速大致為100滴/min，而一般輸液速度不會(huì)大于100滴/min，高度只能在一米以下調(diào)節(jié)，而病床的高度一般都高于一米，輸液瓶的高度低于床位才能實(shí)現(xiàn)所要求的滴速。當(dāng)實(shí)際滴速大于設(shè)定滴速時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)降低輸液瓶的高度，反之反轉(zhuǎn)升高輸液瓶的高度。 方案一:通過改變滴管的高度來控制輸液滴速。這樣可以簡化硬件電路的設(shè)計(jì)，減少IO口的使用，降低成本。設(shè)定余量20ml為輸液快完，此時(shí)可以通知單片機(jī)輸出報(bào)警信號。根據(jù)輸液瓶的容量、點(diǎn)滴系數(shù)、點(diǎn)滴計(jì)數(shù)值我們就可以計(jì)算出剩余液量。點(diǎn)滴系數(shù)是指靜脈輸液時(shí)每毫升液體的滴數(shù)。方案二:通過設(shè)定輸液總量和點(diǎn)滴計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)。讓紅外發(fā)射和光電接收管分別放在滴管兩側(cè)，根據(jù)接收信號強(qiáng)弱不同，當(dāng)液面處于警戒線以上時(shí)液體對光線有反射和吸收作用，接收的信號較弱。綜合考慮上述各種方案，方案三成本低、電路易實(shí)現(xiàn)且不受外界光源干擾，故采用方案三。將光敏二極管輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過檢測輸出端電壓信號的強(qiáng)弱就可以檢測出有無藥液滴下。