基于CAN總線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)技術(shù)的輸液網(wǎng)絡(luò )監控系統

　　摘要：據調查，目前在我國的大、中、小型醫院及下屬社區衛生院、診所等醫療機構的輸液速度和輸液量幾乎都是不精確的值，憑肉眼觀(guān)察來(lái)估計輸液速度。輸液速度是護士通過(guò)轉動(dòng)輸液器上的手動(dòng)滑輪來(lái)控制的，輸液量也是護士用只有兩個(gè)標記的液體瓶?jì)A倒后估計的。利用人工監視輸液情況，給病人和醫務(wù)人員帶來(lái)許多不便。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，為輸液采用無(wú)線(xiàn)、網(wǎng)絡(luò )監控帶來(lái)了便利條件。目前已有一些相關(guān)輸液的研究成果，實(shí)現了輸液監視、控制、報警等功能，但主要是單臺設備獨立使用，未能實(shí)現網(wǎng)絡(luò )監控。文獻設計了一種基于RS485總線(xiàn)的輸液網(wǎng)絡(luò )化監控系統，但采用RS485總線(xiàn)和有線(xiàn)監控在許多方面存在不足。由于CAN總線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)技術(shù)在各個(gè)方面得到普遍應用，為此，本文采用CAN總線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)技術(shù)構建一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò )化、多功能輸液集中監控系統，以滿(mǎn)足醫院需要。

　　1 總體框架設計

　　根據設計要求。系統由1個(gè)主控機和N個(gè)CAN節點(diǎn)執行機組成，它們都掛接在雙絞線(xiàn)上，組成一個(gè)CAN總線(xiàn)通信局部通信網(wǎng)絡(luò )，CAN總線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )中的主控機安裝無(wú)線(xiàn)數據收發(fā)器nRF2401。與另一個(gè)中心控制主機組成無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )，整個(gè)系統的關(guān)鍵任務(wù)是實(shí)現CAN總線(xiàn)內部局域網(wǎng)通信以及無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )的通信。其系統總體結構框圖如圖1所示。

　　2 CAN總線(xiàn)結構

　　2.1 主控節點(diǎn)設計

　　CAN總線(xiàn)主控機系統由單片機最小系統、CAN總線(xiàn)通信接口、人機接口、點(diǎn)滴速度傳感器和串口通信下載模塊及無(wú)線(xiàn)通信模塊組成。CAN總線(xiàn)通信接口通過(guò)雙絞線(xiàn)收發(fā)數據，實(shí)現與執行機的連通。結構框圖如圖2所示，主控機負責與無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行數據傳輸，同時(shí)也是CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的一個(gè)節點(diǎn)，在整個(gè)系統中起著(zhù)主導作用，無(wú)線(xiàn)通信模塊采用2.4 G的nRF2401通信芯片，而CAN總線(xiàn)通信模塊采用SJA1000和PCA82C 250，通過(guò)單片機控制，實(shí)現與其他節點(diǎn)通信。其他從節點(diǎn)除了沒(méi)有無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊以外，其他部分與主控機完全相同。

　　2.2 CAN通信模塊設計

　　CAN通信模塊是本設計的核心，它負責系統中主控機和執行器之間的數據通信。單個(gè)CAN總線(xiàn)節點(diǎn)由單片機、CAN總線(xiàn)控制器、高速光電耦合器及總線(xiàn)驅動(dòng)器組成，可編程控制。故稱(chēng)之為智能節點(diǎn)。設計中CAN通信模塊采用了獨立式的CAN控制器，數據通過(guò)對控制器編程寫(xiě)入控制器芯片的發(fā)送緩沖區里發(fā)送出去，目的節點(diǎn)則負責把數據接收到數據接收緩沖區里，再通過(guò)CAN總線(xiàn)接口和單片機之間的數據總線(xiàn)，傳遞給單片機進(jìn)行處理。設計方案如圖3所示。

　　3 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊

　　無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊采用nRF2401芯片，該芯片具有內置地址解碼器、先入先出堆棧區、解調處理器、時(shí)鐘處理器、GFSK濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器、功率放大器等功能模塊，只需要很少的外圍元件，使用非常方便。硬件電路連接實(shí)現單片機與nRF2401芯片的接口連接。發(fā)送端與接收端硬件連接幾乎一樣，具有通用性，可以實(shí)現半雙工通信。單片機使用的是STC89C52，成本低，控制簡(jiǎn)單，容易擴展。硬件電路如圖4所示。

　　需要注意的是，nRF2401的供電電壓范圍為1.9～3.6 V，但引腳可直接收單片機5 V的I/O口相聯(lián)。為了使nRF2401更好地工作，最好進(jìn)行分壓處理。

　　4 系統軟件總體設計

　　根據設計要求，系統實(shí)現功能及軟件總體設計如圖5所示。系統包含兩大部分，無(wú)線(xiàn)服務(wù)終端和CAN總線(xiàn)通信系統。無(wú)線(xiàn)服務(wù)終端由nRF2 401和STC89C52組成，可以向CAN總線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )中的任一節點(diǎn)發(fā)送和讀取數據。CAN總線(xiàn)通信系統，由3個(gè)節點(diǎn)組成，一個(gè)節點(diǎn)上接無(wú)線(xiàn)收發(fā)器nRF2401負責與無(wú)線(xiàn)終端系統通信，另外2個(gè)節點(diǎn)由圖5所示的單片機CAN總線(xiàn)收發(fā)系統構成。

　　無(wú)線(xiàn)服務(wù)終端主要起中心控制主機的作用，通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊將指令發(fā)送到CAN總線(xiàn)無(wú)線(xiàn)接收控制中心，并接收該控制中心檢測數據，顯示到服務(wù)終端液晶模塊中。指令信號可通過(guò)按鍵進(jìn)行設置，其主程序流程圖如圖6所示。

　　CAN總線(xiàn)無(wú)線(xiàn)接收控制中心的主要作用是將節點(diǎn)的數據由CAN總線(xiàn)通信上傳到控制中心，再通過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)送到服務(wù)終端，并接收服務(wù)終端的指令，通過(guò)CAN總線(xiàn)通信下傳到相應節點(diǎn)，CAN總線(xiàn)中心控制軟件流程如圖7所示，CAN總線(xiàn)通信、無(wú)線(xiàn)通信、節點(diǎn)程序流程和其他子程序流程在此不詳解。

　　完成所有軟、硬件后，對CAN總線(xiàn)內部局域網(wǎng)通信、無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統通信、CAN總線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統相互通信3部分進(jìn)行測試，測試內容主要有：CAN總線(xiàn)局域網(wǎng)內部各節點(diǎn)自發(fā)自收、相互收發(fā)、一對多發(fā)送和多對一發(fā)送;無(wú)線(xiàn)終端與CAN總線(xiàn)之間相互收發(fā);單節點(diǎn)與中心控制主機的收發(fā)數據。以上每項測量發(fā)送10個(gè)字節，所有結果顯示正確，各部分數據傳輸正確，報錯率為0%。

　　5 結論

　　本論文根據中大型醫院的需要，針對現有靜脈輸液監測技術(shù)，提出了一種CAN總線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)技術(shù)的輸液網(wǎng)絡(luò )監控系統。設計并制作了CAN總線(xiàn)節點(diǎn)及通信模塊、無(wú)線(xiàn)數據收發(fā)模塊，并為系統開(kāi)發(fā)了配套的軟件。完成了CAN總線(xiàn)內部局域網(wǎng)通信、無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統通信、CAN總線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)收系統相互通信，試驗表明，該系統數據傳輸與收發(fā)正常，錯誤率為0%。