基于WiFi传输的共享医疗设备实训室管理系统设计与实现
2020-10-26钟伟雄
钟伟雄
(福建卫生职业技术学院，福建 福州 350011)
0 引言
随着各种智能传感器设备与无线网络技术不断走进人们的日常生活，将传统传感器硬件与互联网进行融合是一个基于需求的问题，智能传感器硬件与网络技术的结合，将大大提高人们的工作效率。互联网与生活的结合将成为很好的选择，利用PC机或手机进行医疗设备实训室借用申请和审批，可以有效提高实训室的管理效率和利用率，同时，其友好界面可以使账户更加直观、方便，代替传统实训室使用时烦琐的申请步骤和各种人工的管理方式，达到提高实训室资源利用和共享的目的。现就该共享医疗设备实训室管理系统的设计进行分析[1]。
1 共享医疗设备实训室管理系统的总体设计
本系统采用STM32F103C8T6芯片、LCD5110液晶模块、ESP8266WiFi模块、DS18B20温度传感器模块、HR202湿敏电阻，BH1750FVI数字光强度传感器、蜂鸣器模块、RFID-RC522射频模块、继电器模块等电子模块，如图1所示。具有检测环境温度、光照度、湿度等功能，可以根据学生借用实训室审批情况，进行智能化控制门禁系统和实训室内部电源系统的实现。
图1 共享医疗设备实训室管理系统总体设计框架
2 共享医疗设备实训室管理系统主要硬件设计
由于复位电路和蜂鸣器电路与温度传感器电路属于常见电路，本文不做描述，仅对共享医疗设备实训室管理系统的主要部分及关键硬件进行简要分析。
2.1 主控芯片模块
本文控制芯片采用嵌入式单片机STM32，拥有20 KB静态随机存储SRAM和64 KB中等容量的闪存RAM。该芯片内嵌电源监视器，自带时钟的看门狗定时器，内置一个可以驱动整个系统的晶振，出厂前内嵌调校的8 MHz RC振荡器，用以产生CPU的PLL；并设置3个备用的16位定时器、一个高级定时器、两个12位的ADC模数数据转换器和9个通信接口。STM32F103C8T6单片机为低电平复位，因此，I/O端口初始化时，为高电平输出，其单片机封装为48引脚的LQFP。STM32嵌入式单片机最小系统原理如图2所示。
图2 STM32嵌入式单片机最小系统原理
2.2 LCD5110液晶简介
本系统采用LCD5110液晶显示屏，具有体积小、功耗低、显示内容丰富、功耗低、价格便宜、调试简单等优势，基本能够满足大多数的开发需求。LCD5110液晶显示屏显示数据为RAM 48×84。逻辑电压范围VDD到VSS：2.7～3.3 V，采用低电压供电，适用于电池供电，正常显示时的工作电流小于200 μA ，有掉电模式。使用温度为-25～70 ℃，适合实训室室内使用[3]。LCD5110液晶接口电路如图3所示。
图3 LCD5110液晶接口电路
2.3 湿度传感器电路设计
系统湿度传感器采用HR202湿敏电阻，HR202额定电压为1.5 V，额定功率为2 mW，可直接与单片机此类低电压低功耗的器件连接使用。工作频率为500 Hz～2 kHz，使用温度为0～60 ℃，使用湿度小于2% RH，适合室内使用的，是实训室检测湿度的一款较好的湿度传感器。湿度传感器电路如图4所示。
图4 湿度传感器电路
2.4 RFID读卡器电路设计
系统采用RFID-RC522射频模块。RFID-RC522是一款高度集成的非接触读卡芯片，支持IOS 14443A/MIFARE，支持SPI接口、串行UART以及I2C接口，多种不同的主机接口功能可以满足不同的账户需求。RFID-RC522射频模块的晶振输入是外部产生的时钟输入，一般由振荡器的反相放大器输入，该器件还拥有不复位和掉电功能，当输入低电平时，切断掉其内部电流吸收，同时，关闭掉振荡器，断开输入管脚与外部的连接，管脚的上升沿启动内部复位阶段[2]。RFID-RC522射频模块电路如图5所示。
图5 RFID-RC522射频模块电路
2.5 WiFi电路设计
WiFi集成接口的1脚接到STM32单片机GPIO口PA3，2脚接地，3脚、4脚、6脚、7脚接3.3 V电源电压，8脚接STM32单片机GPIO口PA2。无线WiFi模块与STM32单片机之间采用变换型串口通信，实现电脑数据和单片机数据的通信。WiFi模块接口电路如图6所示。
图6 WiFi模块接口电路
2.6 光强度电路设计
本系统采用BH1750FVI数字光强度传感器模块，具有I2C总线接口，支持f/s模式，光谱的范围与人眼相近，内嵌光照度数字转换器，光照范围宽、分解度高，有低电流关机功能。BH1750FVI数字光强度传感器模块对光源的依赖性不高，支持白炽灯、荧光灯、卤素灯和白LED灯等，且能屏蔽50/60 Hz市电频率所带来的光照变化干扰，无须外部任何零件。BH1750FVI数字光强度传感器模块引脚链接如图7所示。
图7 BH1750FVI数字光强度传感器模块引脚链接
3 共享医疗设备实训室管理系统的软件程序设计
为方便理解，本文对共享医疗设备实训室管理系统各部分关键软件程序进行分析。
3.1 共享医疗设备实训室管理系统网页端程序流程设计
账户主要分为教师角色和学生角色，教师角色的权限大于学生角色。学生使用自己的账户登录Web端后，可以进行借用医疗设备实训室借用申请操作，查看申请实训室信息审批结果，修改账号密码[4]。教师账户登录网页后，可以处理学生申请信息，查看实训室申请信息，实训室环境情况、实训室门禁管理、实训室门禁查看、注册信息、信息批量导入与修改密码。系统软件设计流程如图8所示。
图8 系统软件设计流程
3.2 单片机硬件程序流程设计
本系统通过无线WiFi接收服务器数据库资料，经过单片机处理，在液晶屏上显示实训室名称以及实训室温度、湿度、光照强度和是否有人员正在借用实训室，并达到实训室最高负荷人数。当医疗设备实训室有空余人数或者没有人使用时，学生可以借用。学生申请时需要填报具体的借用时间，经过医疗设备实训室管理教师审批后，方可解除门禁进入实训室。单片机硬件程序流程如图9所示。
3.3 主要程序代码分析
3.3.1 无线配置函数
void Connect_to_webServer(void)
{ u16 i;
bool state;
ESP8266_Cmd ( "AT+CIPMUX=0", "OK", 0,
图9 单片机硬件程序流程
500 ); //单连接
delay_ms(1000);
do{
strEsp8266_Fram_Record .InfBit .FramLength = 0; //从新开始接收的数据包
for(i=0;i<2048;i++)
strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF[i]=0; //清空数组
ESP8266_Usart ( "%s ", "AT+CIPSTART="TCP","10.134.110.159",80" );
delay_ms ( 1000); //延时
strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF [ strEsp8266_Fram_Record .InfBit .FramLength ] = ' ';
3.3.2 光照强度函数
void light_to_char()//获取光照强度数据，转换成字符串
{u8 i;
l_read=BH1750_Get_Light();//模块受到光照
sprintf(light, "%d",l_read);//读取光照强度数据
if(l_read<10)//如果数据小于10
{LCD5110writeEnStr(3,3*6," ");}
else if(l_read<100)//如果数据小于100
{LCD5110writeEnStr(3,4*6," ");}
else if(l_read<1000)//如果数据小于1000
{LCD5110writeEnStr(3,5*6," ");}
Else//否则
{LCD5110writeEnStr(3,6*6," ");}
LCD5110writeEnStr(3,2*6,light);}
3.3.3 实训室温度函数
void temp_to_char() //获取温度数据，转换成字符串
{u8 i=0;
t_read=DS18B20_Get_Temp();//模块获取温度数据[3]
sprintf( tem, "%.1f",t_read/10.0);//读取温度数据
LCD5110writeEnStr(2,2*6,tem);}
3.3.4 实训室湿度函数
void humidty_to_char()//获取湿度数据，转换成字符串
{dataHM_collect();//获取湿度数据
if(t_read<0)//如果数据小于0
h_read=get_Hum_vaule(0);
else//否则
h_read=get_Hum_vaule(t_read);
sprintf( hum, "%.1f",h_read/10.0);
LCD5110writeEnStr(2,6*6," H:");
LCD5110writeEnStr(2,9*6,hum);}
4 结语
本共享医疗设备实训室管理系统仅处于设计初期阶段，现实使用还存在一定的问题，除了后期的维护、保养以及实训室较多时所需的成本，还有后台服务器需要24 h不间断运行，最重要的是，要形成一个庞大的校园网，对于一些面积较大的校园而言，成本将更高。当教职工、师生等人员离开校园后，需先访问校园内网，方可进入实训室申请网站[4]。
尽管如此，本系统对于智慧校园的建设依旧有一定的参考价值，尤其是在现阶段众多校园普遍布施无死角的校园WiFi，本作品可以直接使用已有的网络资源，降低了开发的成本。本作品的运用可以大量减少学校对于实训室的人力资源的投入，运用物联网的技术，将更加便捷地管理实训室、管理校园。
