基于電力線(xiàn)載波技術(shù)的輸液遠程監測系統

　電力網(wǎng)是用戶(hù)普及的物理網(wǎng)絡(luò )，其用戶(hù)使用群是任何網(wǎng)絡(luò )都無(wú)法比擬的，而電力網(wǎng)的現有的主要用途是傳輸電能。如何利用電力網(wǎng)絡(luò )資源潛力，在不影響傳輸電能的基礎上，實(shí)現窄帶或寬帶通信，使之成為繼電信、電話(huà)、無(wú)線(xiàn)通信、衛星通信之后的又一通信網(wǎng)，是多年來(lái)國內外科技人員技術(shù)攻關(guān)的又一目標。電力線(xiàn)載波通信是利用電力線(xiàn)路作為傳輸通道的載波通信，是電力系統特有的一種通信方式。電力線(xiàn)載波通信和其他通信方式相比，具有自己獨特的優(yōu)勢，不需要進(jìn)行布線(xiàn)施工，網(wǎng)絡(luò )延伸廣泛，且現有的網(wǎng)絡(luò )具有穩定可靠的保障，因而在醫療設備中利用電力線(xiàn)通信實(shí)現通信與監控是非常實(shí)際而有前景的。

　　1．輸液遠程監測系統總體設計方案

　　輸液遠程監測系統的功能主要有兩個(gè)方面：一方面在病房要采集病人點(diǎn)滴瓶的液位信息，輸液結束時(shí)進(jìn)行本地報警，引起病人及病人家屬的注意；另一方面護士在工作站實(shí)時(shí)觀(guān)察病人輸液狀態(tài)，得到報警信號后做到及時(shí)處理，實(shí)現輸液遠程監測。

　　本設計將輸液遠程監測系統按功能劃分為兩部分，一部分安設在病房中，稱(chēng)之為病房輸液信息采集器（下位機），采集病人的液位信息。另一部分放置在護士站，由值班護士進(jìn)行監控，接受采集器上傳的數據和輸液結束報警，這部分稱(chēng)為輸液監測控制中心。具體的結構如圖1。

　　圖1輸液遠程監測系統結構圖

　　2. 載波通信控制器部分硬件設計

　　無(wú)論是輸液采集器還是輸液監測控制中心都需要載波通信系統，只不過(guò)是輸液信息采集器增加了輸液信息采集與控制功能。

　　2.1 通信系統結構

　　本系統中采用具有擴頻通信功能的SC1128作電力線(xiàn)載波芯片，用AT89C51作通信控制和輸液信息采集（在下位機中）芯片，利用RS232口先進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通信。圖2為通信系統的硬件框圖。

　　圖2 通信系統的硬件框圖

　　如圖2所示，信號由電力線(xiàn)經(jīng)耦合器、帶通濾波器和前級放大器進(jìn)入SC1128芯片。經(jīng)微處理器處理后數據送至上位機完成接收。信號經(jīng)SC1128通過(guò)功率放大器和耦合器發(fā)送至電力線(xiàn)上完成發(fā)送。

　　2.2 SC1128外圍硬件的設計

　　SC1128外圍電路由電源電路、耦合電路、濾波器、自動(dòng)增益前級放大器和功率放大器組成。

　　電源電路由工頻變壓器、濾波二極管電橋、濾波電容、三端穩壓器等組成，主要為系統提供+12V與+5V電源。耦合電路由中頻變壓器、浪涌保護二極管和起限幅作用的二極管等組成，是信號傳輸的通道，載波信號經(jīng)它耦合到220V交流電路上。帶通濾波器由電容與電感組成，信號由耦合電路輸入，濾掉雜波，再把信號輸入到自動(dòng)增益前級放大器電路。自動(dòng)增益前級放大器是將接收的信號進(jìn)行不失真放大，再輸入SC1128的片內放大電路。功率放大器電路是將經(jīng)過(guò)SC1128芯片處理后的脈沖放大，（此輸出為OC門(mén)輸出，在使用過(guò)程是應接上拉電阻，本電路上拉電阻值為2k。功率放大器由12V直流供電）。具體電路圖略。

　　2.3 SC1128與單片機的接口

　　圖3是SC1128與AT89C51的接口圖。SC1128第28腳為電路工作主時(shí)鐘的二分之一的晶振輸出。32腳電壓監測端。33腳看門(mén)狗輸入端，正常工作時(shí)應該在768ms內產(chǎn)生一次高低電位變化。34腳看門(mén)狗輸出端，與33腳配合，正常時(shí)輸出低電平，否則輸出三分之一占空比的復位脈沖。35腳與32腳配合，當電源信號低于監測值時(shí)，輸出低電平，當高于監測值，則輸出高電平。36腳收發(fā)控制端，0為接收，1為發(fā)射。37腳在發(fā)射和接受同步后產(chǎn)生同步脈沖信號，頻率隨工作主時(shí)鐘和周波的變化而變化。38腳為輸出發(fā)送和接收的數據。39腳為設置數據及狀態(tài)的輸入輸出端。40腳為同步設置時(shí)鐘輸入端。41腳為片選輸入端。當發(fā)射狀態(tài)時(shí)，單片機將SR端（36腳）置高，SC1128芯片發(fā)出同步脈沖（37腳），單片機通過(guò)TX端（38腳）同步發(fā)送數據。當接收狀態(tài)時(shí)，單片機將SR端（36腳）置低，SC1128芯片若接收到數據，則產(chǎn)生同步脈沖，通過(guò)TX端（38腳）將數據同步發(fā)送到單片機。

　　圖3 SC1128與AT89C51的接口圖

　3. 載波通信系統的軟件部分設計

　　通信模塊的程序主要包括發(fā)送測試程序、發(fā)送中斷服務(wù)程序、接受中斷服務(wù)程序，主要完成數據的接收和發(fā)送過(guò)程，程序清單略。

　　在進(jìn)行通信時(shí)還要注意中斷和通信的配合問(wèn)題，要先設置通信狀態(tài)，再開(kāi)放相應的中斷。另外要注意先要讓接收一方工作之后再讓發(fā)送一方發(fā)送數據，這可以保證不丟失數據。

　　在編寫(xiě)通信程序時(shí)要注意，收、發(fā)雙方的通信速率要一致。門(mén)限值只對接收一方有意義，門(mén)限值的高低將影響到通信的誤碼率，但并非是門(mén)限值越高就一定越好，要根據各自的通信情況和相應的速率適當選擇。SC1128在通信時(shí)收、發(fā)要注意時(shí)序的配合。

　　4. 輸液信息采集器的設計

　　輸液信息采集器是在載波通信控制器的基礎上增加了輸液信息采集與控制功能。由圖3可以看出，通信控制器中只用了AT89C51的P1口和串行通信引腳，所以輸液信息采集器的設計巧妙地避開(kāi)了AT89C51的P1口和串行通信引腳，充分利用了AT89C51的P2和P3口實(shí)現了檢測與控制功能。具體電路如圖4。

　　圖4 滴速控制與液位檢測報警電路圖

　　如圖4所示，由單片機編程，將滴速檢測信號送到單片機與設置在單片機的滴速比較，再由單片機發(fā)出控制信號給驅動(dòng)芯片SAA1027對電動(dòng)機的正反轉進(jìn)行控制以實(shí)現對儲液瓶的高度控制。這樣就可以對滴速進(jìn)行控制了。

　　將光電傳感器安裝到輸液瓶上，當輸液瓶的液位到達警戒液位時(shí)由于介質(zhì)的變化使傳感器的輸出電壓發(fā)生變化。從而實(shí)現液位警戒值檢測和極限值檢測，聲光報警就是利用單片機AT89C51的I/O口控制并驅動(dòng)發(fā)光管和蜂鳴器工作，實(shí)現聲光報警。

　　5. 系統調試

　　對電力載波終端的測試是在同一臺變壓器范圍內的某一單相上進(jìn)行的。一臺電力載波終端配一臺接收機進(jìn)行電力載波通信測試。分別在不同時(shí)間段和不同通信距離進(jìn)行了測試，具體的測試結果如表1所示。

　　表1 電力載波終端的測試數據

　　測試結果表明，近距離測試時(shí)，在有負載和較強干擾如電力載波終端和接收機間有十幾臺正在運行的電腦和幾個(gè)充電設備的情況下，電力載波終端仍能可靠的通信，完全滿(mǎn)足通信與測控的要求。

　　本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：利用擴頻通信電力線(xiàn)載波芯片SC1128和AT89C51單片機設計了輸液遠程監測系統。該系統通過(guò)電力線(xiàn)載波，利用低壓電力線(xiàn)作為通信媒介，不需要進(jìn)行重新布線(xiàn)施工實(shí)現了通信網(wǎng)絡(luò )化，做到了病房輸液系統的遠程監控。同時(shí)也證明了擴頻調制技術(shù)具有更好適應性和先進(jìn)性，進(jìn)一步展示了低壓電力載波通信的美好發(fā)展前景。

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