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基于AVR单片机的便携式无线医疗点滴监控系统

  智能化和便携式是现代电子产品的发展趋势,医疗电子的智能化使得医务人员的操作变得更方便。医务人员可随身携带手持式监控仪对各病房点滴实时监控,及时了解相关情况;如遇突发情况如点滴低于设定警戒值,终端监控装置可产生中断信号,主控制端则可优先进行相应的处理。本设计实现了一种以AT32UC3A0512[1]单片机为主控制器的便携式远程无线点滴监控系统,可及时了解点滴状态,提高医疗点滴设备安全性。

  本系统主要包括两个部分:手持式控制端和终端监控装置。手持式控制端主要实现信息输入和查询界面的操作,通过输入待查询的病房号及点滴速度值,以数据包形式发送给相应的病房监控终端,实时显示终端传送来的点滴状态数据信息。终端监控装置主要负责点滴状态的数据采集和处理(点滴流速与点滴液位等),以及将处理好的数据通过无线通信方式发送给主控制端;对于点滴液位低于设定值、病人呼叫等紧急事件,按照中断模式处理,发出报警提示,并将事件类型以数据包形式发送至主控制端。系统的结构框图如图1所示。

  手持式控制端采用Atmel公司的32位RISC处理器AT32UC3A0512为主控制器[1]。它的功耗低,吞吐量高,内部具有512K Flash和64K的SRAM,CPU工作频率最高可达66 MHz;在3.3 V电压下,工作电流约40 mA,待机电流则仅为30 μA。内部高度集成的硬件资源可简化外围电路的设计,如内部Flash、USB、ADC、EBI和以太网等外设接口可供设计者使用。

  采用Quantum Research Group公司的电容式触摸按键模块IC QT1801,[2]具有功耗低,外围电路简单,可同时支持8个触摸按键输入等特点。经过内部滤波整形后,在对应的按键口输出逻辑电平,根据外围电阻值的不同选择可以设置IC QT1801的各种模式。工作模式的设置如下:在全模式(Full OpTIon Mode)下,需在引脚SNSx(x=0,1,…,7)接1 MΩ电阻;在精简模式下,需在引脚SNS6K和SNS7之间串接一个1 MΩ电阻。按键输出值模式有2种:Oneperkey和Binary Code。当有按键触摸时在24引脚(DETECT)产生触摸中断信号,高电平有效。其中,CS1~CS5为触摸按键输入,其接口电路如图2所示。

  显示部分采用EDT公司的LCD显示模块ET024006DHU,该LCD模块内部集成了图形控制驱动器HX8347A,MCU可通过两种接口方式对其内部寄存器进行读/写操作来控制LCD的显示,分别是并行接口模式和SPI接口模式。并行接口模式下可选择8/16位数据和16/18位RGB数据,串行SPI接口模式下可将8/16位数据和16/18位RGB数据直接写入内部寄存器。

  无线通信部分采用单片射频收发芯片,其工作频段为世界通用的ISM频段(2.4~2.5 GHz),是一款真正的GFSK单收发芯片。内置链路层,具有自动应答及自动重发功能,支持地址及CRC检验功能。它具有极低的电流消耗,掉电和待机模式下电流消耗更低;数据传输速率最高可达2 Mbps,内置标准的SPI接口可与MCU进行数据传输,速率最高可达8 Mbps;可工作在125个可选频道,在接收模式下,可同时接收工作在同一频道的6个数据通道的数据,相互通信的收发器的数据通道设置为同一个地址。

  通过对nRF24L01内部寄存器的读/写来控制其工作状态的转换及数据的收发,当收发器数据接收/发送完成或者出现异常时,IRQ引脚产生中断信号,低电平有效,悦动发电机对STATUS寄存器相应位写“1”,清除中断标志。无线 终端监控装置硬件设计

  终端监控装置采用ATmega128单片机,主要接收控制端发送的命令数据,并将采集的数据进行处理发送给控制端,完成病人呼叫、液面监测、对点滴速度的检测与控制,以及声音报警等功能。

  点滴速度控制电路采用专用的步进电机控制芯片L297、双全桥步进电机驱动芯片L298。L297内部的PWM斩波器电路在开关模式下可产生PWM波,控制电机绕组中的电流,从而控制电机的精确转动;它产生的4相控制信号可用于控制两相双极性和四相单极性步进电机。L298内含HBridge高电压、大电流双全桥式驱动器,4路驱动电路可驱动46 V、2 A以下的两相或四相步进电机,可实现步进电机的正反转。通过精确控制电机的正反转来控制点滴装置的流速夹滚轴的滑动,以达到控制点滴滴落速度的目的。硬件连接图如图4所示。

  利用红外对管发射方法测量点滴速度。点滴检测电路包括红外发射、接收、脉冲整形3部分,硬件原理图如图5所示。ST1150是单光速直射式红外光电传感器,光缝宽度为1.5 mm,光轴中心为2.5 mm,红外检测面积较小。当无液滴通过时,接收管(ST1150内部的三极管)导通,Vin为低电平;当有液滴通过时,接收管截止,Vin处产生高电平脉冲,经过斯密特触发器整形后在Vout处产生一串规则的方波脉冲,并送至ATmega128进行处理。

  液位检测则采用反射式红外传感器,电路检测原理电路和点滴速度检测电路类似。ST198是采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成的反射式光电传感器,采用非接触检测方式,检测距离为2~10 mm时可用。当液位低于设定值时,接收管接收到的是电平信号,经过反相器倒相后送至单片机,触发中断。当红外对射管为ST1150时用于点滴速度检测,为ST198时用于液位检测。

  μC/OSII是一种开源、结构可裁剪的可剥夺实时内核的RTOS,其大部分代码都是C语言,可移植性较强,已在多种系列的CPU上进行了移植。AVR Studio 5内部集成了Software Framework软件包,包含Atmel MCU接口驱动函数,在AVR Studio 5环境下,移植μC/OSII到AT32UC3A0512 MCU上,需要在Micrium官方移植实例中进行以下修改:

  基于AVR32MCU和μC/OSII的嵌入式系统,利用无线通信方式实现远程在线监控,无线网络的组建增强了系统的可移动性。本文提出的一种基于AVR32的便携式点滴监控系统的设计,将医疗点滴监控装置小型化,近距离范围内系统稳定。由于资源有限,关于远距离控制的网络组建还在进一步探索。

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  目前,随着信息产业的迅猛发展,各类船舶亟需配备更多质优价廉的中小型信息监控终端,用于监控气象状况、获取导航信息以便保证航行安全。以ARM、MIPS等领衔的32位处理器在信息监控终端应用中,显示出极大优势,但是一般以32位处理器构建的嵌入式系统往往需要配置外部FLASH和SDRAM,这样就使得开发和维护整个系统的成本较高,本设计采用高性能低功耗的AVR单片机和LCD液晶模块来设计信息监控终端,具有价格低廉、性能稳定、显示清晰、人机界面良好等优点,能够满足船舶对中小型信息监控终端的需求。1 总体设计信息监控终端主要由显示控制板、键盘、通信接口和液晶显示模块构成,具有数据收发、数据显示、人机交互和屏幕亮度调整等功能,其组成如图1所示

  在AVR单片机烧写的过程中,难免有弄错熔丝位的时候,结果是AVR单片机无法读写了!这时我们该怎么办呢,将昂贵的芯片丢掉,再用一块新的。其实这一般是没有必要的,写错熔丝位而导致单片机不能读写,一般不外乎(个人愚见)设设置错了时钟模式,比如说本来是用内部晶振的,结果弄成了外部晶振,而单片机的外部有没有接晶振,这时单片机没有了时钟信号,当然就没有办法在读写了,估计大家也猜到了怎么办了吧,是的,就是由外部提供时钟源。有第一张图的时钟选择,我们就知道我们得准备多种时钟源:高频石英/陶瓷晶振,这个直接接在 单片机 晶振位置就可以了,注意频率不要太高,4~5M的就可以了,不放心的线P的电容也行!低频晶振,和上面的插补多,也就

  逆变电源应用广泛,特别是精密仪器对逆变电源性能要求更高。好的逆变电源不仅要求工作稳定、逆变效率高、输出的波形特性好、瞬态响应特性好,还要求逆变电源小型化、智能化、并且具备可扩展性。因此,这里提出一种基于AVR 系列单片机AT90PWM2 的数字正弦逆变电源, 前级SG3525A采用PWM 控制升压电路实现输入和过热保护。后级单片机AT90PWM2 使用单极性倍频SPWM 控制方式进行全桥逆变,且进行输出保护。1 总体设计及工作原理逆变电源的系统整体框图如图1 所示,系统的主电路采用前级推挽升压和后级全桥逆变的2 级结构[2],这样可以避免使用工频变压器,有效降低电源的体积和质量,提高逆变效率。其工作原理为:12 V 的直流输入

  控制。负载电流检测电路用于过流保护及负载功率检测。状态显示电路用于系统状态的显示,包括电压、负载状况及充放电状态的显示。串行口上传数据电路用于系统运行参数的上传,实现远程监控。键盘输入电路用于充电模式设定及LCD背光开启。该控制器在有阳光时接通电池板,向蓄电池充电;当夜晚或阴天阳光不足时,蓄电池放电,以保证负载不停电。1.3 AVR单片机AVR微处理器是Atmel公司的8位嵌入式RISC处理器,具有高性能、高保密性、低功耗等优点。程序存储器和数据存储器可独立访问的哈佛结构,代码执行效率高。系统采用的mega 32处理器包含有32 KB片内可编程FLASH程序存储器;1 KB的E2PROM和2 KBRAM;同时片内集成了看门狗;8路

  与报警系统,滴速系统(包括滴速控制装置,钢珠等执行机构),单片机处理系统,通讯模块,自定义遥控器模块,显示以及报警模块,角度传感模块等部分。液位检测模块主要用于对液位的报警,执行机构在程序的控制下完成滴速控制;通讯模块用于和主机的通讯。图1 硬件结构框图2.1 液滴检测方案滴速检测采用的是红外检测技术,在茂菲氏滴管上方处对输液速度进行测量。滴速检测装置结构图如图2所示。红外发射器发出红外光后,光线穿透茂菲氏滴管后照射到光电三极管上,光电三极管将照射到它上面的光线变成电流信号进行输出。如果此时茂菲氏滴管中没有液滴滴下,光线的衰减就比较小,照射到三极管上的电流就比较大;如果此时茂菲氏滴管中有液滴滴下,由于液滴挡了一下光线,液滴对光线具有吸收

  一个由电池供电的便携式无线设备存在着很多系统设计师必须克服的关键问题。最重要的问题之一是如何让热量从设备中散出,因为这类设备通常没有用于冷却目的的风扇。结果,可能用于这类设备中的电源转换和管理IC必须是高热效率的,因为电源转换效率不佳的主要副产品就是热量。这种热量是在能量输送过程中由稳压器内损失的功率所产生。此外,在很多便携式设备内部,用于冷却目的的空气流动有限,而且散热器由于自身尺寸和设备内可用空间而受到限制,因此器件密集排列的印刷电路板必须处理这种热量。不过,这种热量转化成产品内部工作(环境)温度的上升,这可能对长期可靠性产生有害影响。一个DC/DC转换器的转换效率可以用输出功率除以输入功率来计算,或者换一种说法,是负载功率

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