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发表于 2019-8-27 13:06:00
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摘要 ： 为了解决人工监测输液治疗所存在的问题，缓解医护人员的工作压力，设计了一种基于光电监测技术、无线通信网络技术的无线监测系统。该系统选用TI 公司的 MSP430F247T 单片机、OPA300、CC2420 收发模块，由无线监测发送终端、无线接收终端、PC 显示应用软件组成的无线监测网络，实现了对多个输液终端的点滴速度、剩余容量、剩余时间的显示以及输液异常自动报警。另外该系统还可应用于化学计量、工业计量等领域，高精度要求的液体滴速测量。本文简单介绍了系统的组成和工作原理、硬件设计及软件设计，并给出了系统的实现电路与波形图。
关键词：输液、无线网络、低功耗、防抖、PC 机界面、实时
一. 作品简介 ：
本系统是由一个总接收终端和若干个发射节点构成的无线收发网络。无线发射终端包括液滴检测模块、信号放大模块、信号处理模块、无线发射模块、显示模块。无线接收终端包括无线接收模块、串行通信模块、报警模块、以及与 PC 机串口通信模块.可以实现实时测量液滴滴速、PC 机实时显示终端输液的基本信息、输液异常自动报警等功能，同时系统可同时监测多个输液滴速，组建无线监测网医疗应用时,将本系统夹在输液器滴管上,经过数据处理后,所需数据通过发送模块送至终端,并在 PC 机上显示.当发现滴速过快或者输液药量不够时,将会发出提醒警报,提示医护人员作出相应处理.本系统可以实现对 256 个甚至更多的病人输液情况的监控.本系统的主要特点是低功耗、防抖动、无线网络。液滴监测终端由 3V纽扣电池供电，平均工作电流为 8mA，一节纽扣电池完全能保证至少在病人输液的全过程中正常工作；三排光电对管可以防止由于病人晃动输液管导致的液滴漏测现象；可同时对多个终端实现无线监测。
二. 方案设计
2.1 理论分析
光电对管由水滴上下边缘遮挡可以产生相应的脉冲信号，其他检测系统多有应用，产生的脉冲信号，经比较放大处理产生单片机处理的较规则脉冲，再经单片机处理，可计算滴数，单片机对两滴之间的时间计算可得实时滴速。之后将数据无限发送到接收模块，接收模块通过串口与电脑相连，电脑由串口接受信息，并在相应界面上显示。
2.2 器件选择
低功耗低噪声单电源 3V 供电轨至轨的 opa300 ，满足电源及信号接口要求，也满足整个系统低功耗的要求。
Msp430f247t，功能强大，超低功耗，开发便捷。
CC2420 芯片，有相应较成熟的电路模块，开发快捷。
2.3 设计方案论证
2.3.1 光电管的排列方案
方案之一是在输液管液滴垂直下落的路径上安装了一对光电管来提取液滴的脉冲，这也是一般的做法。如果病人感觉不适可能会晃动滴管，或者其他原因，导致液滴相对的偏离垂直路径，使光电管监测不到液滴。我们用并排的三对光电管覆盖了液滴下落的一个平面，使得输液管 晃动 时 依然可以不漏计 液滴。
2.3.2 光电管供电方案
监测液滴，是因为液滴上下边沿会遮挡光线，经测试，液滴的上下边沿产生的遮挡在 20ms 左右，理论上给光电管供电的脉冲周期只要低于 20ms 即可分辨检测出液滴脉冲，所以我们用单片机产生 8ms 周期方波作为光电管的供电，就可以分辨监测到每一个液滴，同时减少能耗，我们采用占空比 50%的方波，近似估算，相对于光电管直流供电，可以 减少一半功耗。而且，由于实际输液的滴速不会太快，取监测的最快速度每分钟 200 滴的上限（安全速度更低），则两滴至少间隔300ms，所以每当监测到一个液滴脉冲后将停止对光电管供电，用此段时间来进行无线通信，同时屏蔽干扰，干扰是因为液滴的上下边沿均可产生遮挡，由此产生的脉冲有的连一起，有的分开，如果不屏蔽则会将分开的两个脉冲分辨为两个液滴。
详细设计方案请下载附件：
无线滴液监测系统 西安交大.pdf
(1.69 MB, 下载次数: 12)
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