基于AT89C52的红外点滴报警系统研究

2012-10-20南京农业大学工学院黄桂林林盛业唐浩然

河南科技 2012年6期

南京农业大学工学院汪明黄桂林林盛业唐浩然

南京农业大学工学院汪明黄桂林林盛业唐浩然

输液是现代临床医疗的重要治疗手段之一，但传统的输液过程存在一定的安全隐患。当药液输完时，若医护人员或家属未及时换药或拔针头，会造成空气进入血管，形成凝血、空气栓塞等问题，轻则会使患者感到不适，重则会危及患者的生命安全，引发不必要的的医疗事故。因此，实现对输液情况的远程监控具有重要的现实意义。本文，笔者介绍了所设计的一种新红外点滴报警系统，该系统以PC机为显示终端，以nRF24L01为无线传输模块，用对射式红外传感器来检测输液速度及液面高度的变化，进而实现对整个输液过程的监控。

一、系统组成

该系统主要由MCU模块、液晶显示模块、采集模块、蜂鸣器报警模块、监控显示模块和无线传输模块组成。其整体结构如图 1 所示。

图1 点滴报警系统整体结构

MCU模块采用AT89C52单片机为主控芯片。液晶显示模块主要显示点滴速度值，并且可以通过按键选择是否显示点滴速度值，以尽可能地节省电能，减小系统功耗，从而降低系统的使用成本；液位采集模块监测输液瓶的液位信息，当液位到达预定的最低处时，可通过蜂鸣器报警模块实现报警，提醒护理人员及时处理；滴速采集模块通过对射式红外传感器检测输液的点滴速度；无线传输模块将点滴速度及液位消息传输给主站计算机。

二、系统硬件设计

该红外点滴报警系统主要由病房输液监控设备和护士站主机等部分组成。病房输液监控设备的主要工作是实现对液滴信号的检测和无线通信。护士站主机硬件中，控制总站处理器AT89C52与上位机通过USB接口连接，医务人员可通过可视化软件实时监控整个病房的输液情况，负责整个系统的监视管理。

1.点滴速度测量。采用对射式红外传感器检测漏斗处的点滴速度，并通过测量相邻2液滴的时间间隔来计算点滴速度。使红外发射管与接收管正相对，红外发光二极管发出红外光，光线透过输液管照射到光电三极管上，光电三极管将接收到的光信号转换成电信号输出。无液滴滴下时，接收管收到红外信号输出低电平；有液滴滴下时，接收管输出1个正向的脉冲信号送给单片机的端口。由于传感器产生的脉冲信号不规则，为了能让单片转变变为规则的脉冲信号，通过LM 393设计整形电路，利用电位器调节比较器的门限电压，输出比较规则的波形。

2.液位检测。液位检测电路和点滴速度测量电路相同，只是对应的单片机接口不同。由于红外光在空气和水中的程度不同，因而光电三极管接受到的光强也不相同。根据对应端口的电平变化来判断液位是否低于设定的位置，从而实现声光报警。

3.数码管显示。输液的点滴速度和床号由数码管显示。4位数码管采用动态显示，高2位显示床号，低2位显示点滴速度。利用P1口作为数码管的段码控制， P2口为位选信号，驱动部分所用的是NPN 型三极管 9013。

4.无线通信模块设计。该系统的护士站主机与输液监控从机的通信采用无线传输方式，由于传统的有线通信产品在现场安装及后续维护时需要花费大量的人力和物力，在考虑包括功耗、传输速率、传输距离、使用频段等一系列因素后，最终选择射频芯片nRF24L01作为该报警系统的无线通信芯片。

三、系统软件设计

1.通信协议。系统采用的无线通信芯片为nRF24L01，它与单片机之间的通信是通过SPI接口实现的。由于系统选用的单片机是AT89C52，不具备SPI通信接口，在编写程序时采用将普通I/O口模拟SPI通信时序的方法。护士站主机和监控站分机之间的通信，属于一点对多点的通信系统范畴，故选取星形无线通信系统。星形系统通信实时性比较高，适用于具有较多无线主机的场合。采用的程序编写方式为轮询方式，由于AT89C52的机器周期很短，护士站主机对监控站轮询一周的时间也较短，不会对系统报警的实时性和及时性产生负面影响。

2.液滴检测模块软件设计。系统编程对液滴信号的处理采用AT89C52 单片机的定时器与计数器相结合的方式，每当计数器引脚检测到有外部脉冲时就会进入到计数器中断服务程序，通过2次进入中断的间隔得出2液滴之间的时间间隔，并计算出点滴速度。