基于ZigBee的無線輸液監(jiān)控方案

　　1）點(diǎn)滴速度測(cè)量模塊

　　該部分采用紅外傳感器測(cè)量點(diǎn)滴速度，所用光電檢測(cè)器型號(hào)是ST-178紅外發(fā)射接收對(duì)管。光電接收器件內(nèi)部LED的P-I特性為：

　　P=Ne*Ni*h*v*I/q，

　　式中：Ne表示外量子效應(yīng)；Ni表示內(nèi)量子效應(yīng)；I為注入電流；q為過流時(shí)的電量。

　　把紅外發(fā)射和接收管正對(duì)著固定在滴斗兩側(cè)，當(dāng)液滴滴下時(shí)，紅外發(fā)射器發(fā)出的光信號(hào)透過液滴時(shí)接收端光功率發(fā)生變化，光電接收管將變化的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為變化的電信號(hào)，由于電信號(hào)非常微弱，應(yīng)放大到一定程度且通過積分電路消除干擾，再經(jīng)比較器整形得到與點(diǎn)滴同頻的方波。經(jīng)STC89LE516AD單片機(jī)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，得到點(diǎn)滴速度。電路原理如圖2所示。

　　圖2　點(diǎn)滴速度測(cè)量檢測(cè)模塊原理圖

　　2）儲(chǔ)液液面檢測(cè)模塊

　　數(shù)據(jù)采集端利用電容式傳感器，測(cè)量吊瓶中的液體存量，并把采集到的數(shù)據(jù)傳至無線發(fā)送模塊。由無線發(fā)送模塊把信號(hào)傳至監(jiān)控中心。原理圖如圖3所示。

　　圖3　儲(chǔ)液液面檢測(cè)模塊原理圖

　　電容、電壓變換電路原理說明如下：

　　波形輸入的正半周由于被限幅，負(fù)半周時(shí)導(dǎo)通，在輸入波形的正半周，輸入波形被限幅在0.7V，波形以-E跳變至0.7V.利用電容電壓特性曲線在儲(chǔ)液瓶的瓶身貼兩塊金屬薄片作為傳感電容，儲(chǔ)液液面下降，電容兩極間介電常數(shù)減小，電容值隨之減小，經(jīng)過電容電壓變換器輸出后電壓上升。當(dāng)儲(chǔ)液液面降到警戒線時(shí)，此時(shí)測(cè)量所得電容值約為43pF，調(diào)整回差比較器閾值電壓使其低于電容電壓變換器輸出電壓值，比較器翻轉(zhuǎn)輸出開關(guān)信號(hào)，通過STC89LE516AD單片機(jī)檢測(cè)傳給無線發(fā)送模塊。

　　3）無線傳輸模塊

　　采用CC2500ZigBee模塊，CC2500是一款低成本、低功耗、高性能的無線收發(fā)芯片。其工作頻段為2.4GHz的ISM頻段；具有良好的無線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾能力；在休眠模式時(shí)僅0.9？？A的流耗，外部中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)；在待機(jī)模式時(shí)少于0.6？？A的流耗，外部中斷能喚醒系統(tǒng)；硬件支持CS-MA/CA功能；電壓為（1.8～3.6）V;在傳輸模式下，當(dāng)輸出功率為-12dBm時(shí)，電流消耗為12mA.CC2500的接收器敏感度為-101dBm（在10kbps時(shí)）；最大輸出功率為0dBm，數(shù)據(jù)速率可在（1.2～500）kbps之間變化；帶有2個(gè)強(qiáng)大的支持幾組協(xié)議的USART，以及1個(gè)MAC計(jì)時(shí)器、1個(gè)常規(guī)的16位計(jì)時(shí)器和2個(gè)8位計(jì)時(shí)器。

　　系統(tǒng)工作原理：當(dāng)傳感器測(cè)試到液體存量信號(hào)和點(diǎn)滴速度時(shí)，由無線傳輸模塊把信息發(fā)送至監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理。根據(jù)預(yù)先設(shè)定的有關(guān)規(guī)則（例如：設(shè)定液體存量為多少時(shí)報(bào)警，提醒醫(yī)生執(zhí)行醫(yī)護(hù)措施），將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)膱?bào)警動(dòng)作指標(biāo)，相應(yīng)地發(fā)出報(bào)警。醫(yī)護(hù)人員根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)提示進(jìn)行操作。

3　軟件流程

　　系統(tǒng)的軟件由數(shù)據(jù)采集端和數(shù)據(jù)接收端程序組成，均包括初始化程序、發(fā)射程序和接收程序。初始化程序主要是對(duì)單片機(jī)、射頻芯片、SPI等進(jìn)行處理；發(fā)射程序?qū)⒔⒌臄?shù)據(jù)包通過單片機(jī)SPI接口送至射頻發(fā)生模塊輸出；接收程序完成數(shù)據(jù)的接收并進(jìn)行處理。接收端軟件流程如圖4所示，數(shù)據(jù)采集端軟件流程如圖5所示。

　　圖4　接收端軟件流程圖

　　圖5　數(shù)據(jù)采集端軟件流程圖