基于CAN总线的输液自动报警系统杨隆俊

第七届 “挑战杯 ”大学生课外学术科技作品竞赛（复 赛） 申 报 作 品作 品 名 称： 基于 CAN 总线的输液自动报警系统院（系）名称： 信息科学与技术学院 申请者姓名(集体人员姓名)： 杨隆俊、丁建峰、张文成、张颖、刘方、周刚华 指 导 老 师： 范训礼 类别： 自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作 A 类 科技发明制作 B 类二零一四年十二月基于 CAN 总线的输液自动报警系统摘要设计一种低功耗、无人陪护输液监控器系统来提高输液效率，降低医疗事故发生的概率。系统将采用 AT89C51 单片机作为从站核心，用 CAN 总线连接 PC机与单片机构成优先监控系统，并且实现主机对从机的直接控制。该系统实现了对液滴流速的监测，并动态显示相关信息。系统将自动的完成检测、传输等一系列工作，当输液异常或输液即将结束时，液滴速度监控反映异常状况，报警信号传送至主站，主站则会通过监控软件和蜂鸣器实现声光报警，等待护士处理后消除报警信号。该系统误判率低、抗干扰性强、体积小，性价比高，便于推广应用。关键词：单片机 CAN 总线 PCAbstractA design of low power consumption, no one accompanying infusion monitor system toimprove the efficiency of transfusion and reduce the probability of medical negligence. The system will use the AT89C51 single chip as the core from the station, constitute priority monitoring system using CAN bus to connect PC with single chip microcomputer, and achieve the direct control of the master to the slave. The system realizes the monitoring of the droplet velocity and dynamic display of relevant information. It will automatically complete the detection,transmission and a series of work. When the transfusion is abnormal or will be finished,the sensoroutputs non-cycle signal. Liquid drop speed monitoring reflects the abnormal situation, sends out the alarm signal and transmits it to the master station. The main station will send sound andlight alarm through the monitoring software and the buzzer. Then the nurse at the master station will check the infusion corresponding with the alarm before getting rid of it.The system has lowmisjudgment rate, strong anti-interference, small volume, high performance-to-price ratio and easy popularization and application. Keywords: Singlechip CAN PC目录引言第 1 章 系统监控报警系统的选择与设计1.1 点滴检测方案选择1.1.1 常用的点滴检测方案比较1.1.2 红外光电感应器检测1.1.3 设计应用1.2 声光报警单元1.3 信号整形单元第 2 章 系统从站功能的软硬件设计2.1 从机工作过程总览2.1.1 从机工作原理描述2.2 从机的系统设计与电路搭建2.2.1 从机主控模块设计2.2.2 液滴速度测量模块的设计2.2.3 声光报警器模块设计2.2.4 显示电路模块设计2.2.5 键盘电路模块第 3 章 通信电路硬件设计及工作原理3.1 数据通信总线选择3.2 AT89C51 单片机与 CAN 总线通讯的实现3.2.1 系统原理3.2.2 系统总体设计原理图3.2.3 SJA1000 独立 CAN 控制器和 PCA82C250 收发器3.3CAN 总线与 PC 机串口通讯适配器设计与实现3.3.1PC 机部分3.3.2 AT89C51 单片机部分第四章 系统主站功能设计4.1 系统欢迎界面设计4.2 监控报警界面设计4.3 PC 机通信接口模块设计4.3.1 MSComm 控件属性及应用4.3.2 通信协议第五章 总结分析与展望5.1 本项目的工作内容：5.2 系统的总体性能分析附件 A引言静脉输液是临床医学中的一个重要的治疗手段和医学监护的一项重要内容，在各个医院的医疗工作中被广泛应用。它不仅是一种重要的给药途径，而且还是给患者补充体液、营养的重要方法。但是在静脉输液过程中，必须有人陪护，以防鼓包回血等事故发生，尤其对术后几乎需要 24 小时不间断输液的患者的监护，不仅费时费力，还容易导致交叉感染，患者也得不到良好的休息，影响治疗质量和患者康复。基于以上情况，设计实现一种智能输液监控系统，对治疗过程采用自动化监控和管理是发展的必然趋势。国外对智能型输液装置的研究较早。早在几年前，发达国家许多住院床位就已经配备了输液泵。输液泵是一种多功能输液控制器，能够较为精确地控制输液速度，并实现输液阻塞、气泡混入和输液完成报警。我国只是在一些大医院才有部分配备，且大多是国外产品。国内对输液装置的研制起步较晚，大都在九十年代中期开始研究，市场上也有一些国产输液装置，如北京 科力丰高科技发展有限责任公司的 ZNB 系列产品。不过总体来说其功能也只是侧重于精确输液控制，种类较少，性能也需改进，加上不菲的价格，所以也只能是和进口输液泵争一点市场份额，未能在各级医院大面积的推广普及。因此输液完成报警成为了人们更为关心的问题，目前国内尚未完全解决输液时的自动监控报警问题。因此，将嵌入式系统技术应用于输液监控装置的研究势在必行。第一章 系统监控报警系统的选择与设计1.1 点滴检测方案选择1.1.1 常用的点滴检测方案比较方案一：脉冲对射的红外光电传感器。红外发射管的最大工作电流是由其平均电流决定的，采用占空比小的调制信号，瞬间电流会达到很大，大大提高了信号噪声比，提高了系统的抗干扰能力。方案二：可见光发光二极管与光敏三极管传感电路。由于系统外界光源会对光敏二极管的工作有很大的干扰，一旦外界光亮度改变，就会影响对液滴的判断。如采用超强亮度发光管可以减小干扰，但功率损失大。所以此方案不可取。方案三：不调制的红外对射传感器。由于直接采用直流电压对发光管进行供电，考虑到平均功率的限制，工作电流不能高于元件的额定值，对投币照射有一定的困难且仍然容易受到外部广元等干扰。故此方案也不可取。综上，选择可调制的脉冲红外对射传感器用于液滴检测。1.1.2 红外光电感应器检测红外光电感应器是捕捉不可见光红外线，采用专门的红外发射管和接收管，将接收到的红外线信号转换为可以观测的电信号，从而有效测量所需数据。红外光电传感器一般由发送器、接收器和检测电路三部分组成，光电检测元件为光敏电阻，电阻随接收到的红外线的强弱不同而发生变化，从而影响输出端的高低电平信号。由于红外线是不可见光，因而红外传感器可有效防止周围可见光干扰，具有灵敏度高、反应快等优点；并且因为红外探测是无接触探测，不损伤被测物体，因而不会对茂菲氏滴管内的药物产生化学影响，不改变其药效。所以选择红外光电传感器为液滴速度检测的检测单元。1.1.3 设计应用输液瓶中的药液量多少会影响茂菲氏滴管内药液的滴落速度，当输液瓶中药液余量较多时，茂菲氏滴管内药液滴落速度较快；当输液瓶中药液余量较少时，菲氏滴管内药液滴落速度较慢；当输液瓶中无剩余药液时，茂菲氏滴管内无药液继续滴下。根据上述输液现象，利用红外线光电传感器检测茂菲氏滴管内液滴滴落速度。将红外光电传感器安装在茂菲氏滴管的外侧中部，当输液管在正常工作时，液滴从茂菲氏滴管上端滴下，当液滴滴落路径中恰与红外线传输路径发生重叠（即有液滴滴下时） ，会对红外线的传输起到一定的“遮挡作用 ”，即因为药液对红外线的吸收反射作用使得接收端接受到的红外光线信号减弱，输出端输出低电平；当液滴路径与红外线纯属路径不发生重叠（即无液滴滴下时),其他因素对红外线的减弱作用可忽略不计，接收端接收到的是完整的红外光线，输出端输出高电平信号。当输液情况正常时，输出为周期性的高低电平变换的信号，而当输液管发生阻塞亦或是输液即将结束时，端口脉冲的周期性会发生突变。1图 1.1 红外光电传感器的电路原理图如图所示，从光传感器传输出信号电压一般为 05mv。为使信号电压更加明显而易于进行后续处理，将信号电压通过运算放大器进行信号放大。该电路采用差分信号输入，其输入阻抗高，对小信号的放大效果好，可以将信号电压放大至 A/D 转换器可以识别的03.3V，最后将放大的信号输出给后续电路 。1.2 声光报警单元本设计拟使用一个蜂鸣器和一个发光二极管实现声光报警。将蜂OUT鸣器与发光二极管和电阻组成的电路并联起来，再将其和一个三极管一个限流电阻串联起来组成声光报警电路接入单片机。蜂鸣器的正极接到 电源，蜂鸣器的负极接到三极管 的集电极 C，三极管cV1Q的发射极 E 接地，基极 B 经过限流电阻 后接入单片机管脚 P。当RP 输出高电平时，三极管 导通，蜂鸣器和发光二极管电流形成回1Q路，蜂鸣器发出声音，发光二极管发光；当 P 输出低电平时，三极管 截止，没有电流流过线圈和发光二极管，蜂鸣器不发声，发光2Q二极管不发光。因此通过程序（相关程序见附件）控制单片机的 P脚可实现声光报警，当红外传感器检测不到有液滴下落时，从站单片机控制声光报警电路工作，在发出声光报警的同时向 PC 主站发出报警信号。图 1.2 声光报警电路1.3 信号整形单元本设计拟采用 555 定时器接成的施密特触发