基于CAN总线和无线技术的输液网络监控系统.pdf

第1 9 卷V 0 1 1 9第3 期N O 3电子设计工程E l e c t r o n i cD e s i g nE n g i n e e r i n g2 0 11 年2 月F e b 2 0 l l基于C A N 总线和无线技术的输液网络监控系统周文真，张文昭，刘爱林，徐晓(湖南科技学院电子研究所，湖南永州4 2 5 1 0 0)摘要：为实现大中型医院静脉输液网络化与智能化，设计了一种利用C A N 总线和无线技术的输液监控系统。该系统包括执行机节点、C A N 总线网络、主节点、无线数据收发系统、控制主机等。无线通信模块采用2 4G 的n R F 2 4 0 l通信芯片而C A N 总线通信模块采用S J A l 0 0 0 和P c A 8 2 C 2 5 0，通过单片机控制实现与其他节点通信。试验表明所设计的C A N 总线和无线通信系统均能正常工作。数据传输错误率为O。关键词：C A N 总线；无线技术；输液监控；n R F 2 4 0 l；S J A l 0 0 0中图分类号：T P 3 3 6 T N 9 1 9 7 2文献标识码：A文章编号：1 6 7 4 6 2 3 6(2 0 11)0 3-O 0 0 4-0 3An e t w o r km o n i t o rs y s t e mo ft r a n s f u s i o nb a s e do nC A Nb u sa n dw i r e l e s st e c h n o l o g yZ H O UW e n z h e n，Z H A N GW e n-z h a o。L I UA i l i n，X UX i a o(E l e c t r o n i c sR e s e a r c hI n s t i t u t e，H u n a nU n i v e r s i t yo f S c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g，Y o n g z h o u4 2 5 1 0 0，C h i n a)A b s t r a c t：I no r d e rt or e a l i z en e t w o r k i n ga n di n t e l l e c t u a l i z a t i o ni nl a r g eo rm i d d l eh o s p i t a l s，t h i sp a p e rd e s i g n e dat m n s f u s i o n-s u r v e i l l a n c e-c o n t r o ls y s t e mw h i c hu s e dC A Nb u sa n dw i r e l e s st e c h n i q u e T h i ss y s t e mc o n s i s t e do fe x e c u t i n gn o d e s。C A Nb u sn e t w o r k。m a i nn o d e，w i r e l e s st r a n s m i t r e c e i v es y s t e m，m a i n-c o n t m lm a c h i n e e t e A2 4 Gn R F 2 4 0 lc h i pf o rw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nw a se m p l o y e d C o n t m l l e db yam i c r o e o n t m l l e r，t h eS J A1 0 0 0a n dP C A 8 2 C 2 5 0c h i pw e r eu s e df o rC A Nb u sc o m m u n i c a t i o n T h eC A Nb u sa n dw i r e l e s ss y s t e mo p e r a t er e g u l a r l yf r o mt h ee x p e r i m e n t s t h ee r r o rr a t eo fd a t at r a n s m i s s i o ni so l K e yw o r d s：C A Nb u s；w i r e l e s st e c h n o l o g y；t r a n s f u s i o n s u r v e i l l a n c e c o n t r o l；n R F 2 4 0 l；s J A1 0 0 0据调查。目前在我国的大、中、小型医院及下属社区卫生院、诊所等医疗机构的输液速度和输液跫几乎都是不精确的值，凭肉眼观察来估计输液速度。输液速度是护士通过转动输液器上的手动滑轮来控制的，输液量也是护士用只有两个标记的液体瓶倾倒后估计的。利用人工监视输液情况给病人和医务人员带来许多不便。随着无线技术、网络技术和计算机技术的迅速发展，为输液采用无线、网络监控带来r 便利条件I I。目前已有一些相关输液的研究成果H，实现了输液监视、控制、报警等功能，但主要是单台设备独立使用，未能实现网络监控。文献f 9】设计了一种基于R S 4 8 5 总线的输液网络化监控系统但采用R S 4 8 5 总线和有线监控在许多方面存在不足。由于C A N 总线和无线技术在各个方面得到普遍应用，为此本文采用C A N 总线和无线技术构建一个新的网络化、多功能输液集中监控系统以满足医院需要。l 总体框架设计根据设计要求，系统由1 个主控机和个C A N 节点执行机组成它们都挂接在双绞线上组成一个C A N 总线通信局部通信网络，C A N 总线通信网络中的主控机安装无线数据收稿日期：2 0 1 0-0 8 2 8稿件编号：2 0 i 0 0 8 0 6 7基金项目：湖南省科技计划资助项目(2 0 0 9 G K 3 0 3 7)作者简介：周文真(1 9 6 8 一)。女，湖南永州人硕士。高级实验师。-4 收发器n R F 2 4 0 l。与另一个中心控制主机组成无线通信网络整个系统的关键任务是实现C A N 总线内部局域网通信以及无线通信网络的通信。其系统总体结构框图如图l所示。l 中心控制主机l+ln R F 2 4 0 1h丫磊线数据传输芳太n R F 2 4 0 1ItfI 去怒Il申I l2 0 t lr一Il执订机lI、弓执f：机I弓1,5执B。u：s机19-l1 2 0 0用I系统总体结构框图F i g IO v e r a l ls t r u c t u r ed i a g r a mo fs y s t e m2C A N 总线结构五l 主控节点设计C A N 总线主控机系统由单片机最小系统、C A N 总线通信研究方向：电子技术应用。万方数据周文真。等基于C A N 总线和无线技术的输液网络监控系统接口、人机接口、点滴速度传感器和串口通信下载模块及无线通信模块组成。C A N 总线通信接口通过双绞线收发数据。实现与执行机的连通。结构框图如图2 所示。主控机负责与无线通信网络进行数据传输。同时也是C A N 总线网络中的一个节点。在整个系统中起着主导作用，无线通信模块采用2 4G 的n R 砣4 0 l 通信芯片。而C A N 总线通信模块采用S J A l 0 0 0 和P c A 8 2 C 2 5 0，通过单片机控制。实现与其他节点通信I。其他从节点除了没有无线收发模块以外其他部分与主控机完全相同。P 丽-1 无线收发模剥到抛删世塑爿s-渊鸵曰善藉刭图2C A N 总线主控机节点框图F i g 2N o d eb l o c kd i a g r a mo fC A N-b u sm a i n-c o n t r o l l e dm a c h i n e2 2C A N 通信模块设计C A N 通信模块是本设计的核心。它负责系统中主控机和执行器之间的数据通信。单个C A N 总线节点由单片机、C A N总线控制器、高速光电耦合器及总线驱动器组成。可编程控制。故称之为智能节点。设计中C A N 通信模块采用了独立式的C A N 控制器数据通过对控制器编程写入控制器芯片的发送缓冲区里发送出去目的节点则负责把数据接收到数据接收缓冲区里。再通过C A N 总线接口和单片机之间的数据总线传递给单片机进行处理。设计方案如图3 所示。C A N 总线C A N 总线控制S J 1 0 0 0 一厂商C A N 总线控制S J O 翻队8 翻唆5 0 =I 光耦隔离II 竺!坚I至王C A N 总线控棚器S A J l 0 0 0r厂剃箝n图3C A N 通信模块(单节点)与C A N 总线系统结构图F i g 3D i a g r a mo fC A Nc o m m u n i c a t i o nm o d u l e(s i n g l em o d e)a n dC A N-b u ss y s t e m3 无线收发模块无线收发模块采用n R F 2 柏l 芯片该芯片具有内置地址解码器、先入先出堆栈区、解词处理器、时钟处理器、G F S K 滤波器、低噪声放大器、频率合成器、功率放大器等功能模块，只需要很少的外围元件使用非常方便唧。硬件电路连接实现单片机与n R F 2 4 0 l芯片的接口连接。发送端与接收端硬件连接几乎一样。具有通用性可以实现半双工通信。单片机使用的是S T C 8 9 C 5 2 成本低。控制简单。容易扩展。硬件电路如图4 所示。图4n R F 2 4 0 1 硬件电路F i g 4H s d w s f ec i r c u i to fn i O 2 4 1 0需要注意的是，n R F 2 4 0 I 的供电电压范围为1 9 3 6V 但引脚可直接收单片机5V 的I 0 口相联。为了使证嗍l更好地工作最好进行分压处理。4 系统软件总体设计根据设计要求。系统实现功能及软件总体设计如图5 所示。系统包含两大部分无线服务终端和C A N 总线通信系统。无线服务终端由n 毗以0 1 和S T C 8 9 c 5 2 组成，可以向C A N 总线通信网络中的任一节点发送和读取数据。C A N 总线通信系统。由3 个节点组成，一个节点上接无线收发器n R F 2 4 0 l 负责与无线终端系统通信。另外2 个节点由图5 所示的单片机C A N 总线收发系统构成。-t节点2J簇卜无IC A N-4节点3I线总线无线叫必燃l履无箍牧务线-中心叫L c D f 魄曼示模块IL C 0 1 0 0 2L终_控制稿收发曼示模块广-嚣_一按健处理模块I图5 系统软件总体设计框图F i g 5O v e r a l ld e s i g nd i a g r a mo fs y s t e m。0 l h 卅髓无线服务终端主要起中心控制主机的作用。通过无线模块将指令发送到C A N 总线无线接收控制中心并接收该控制中心检测数据显示到服务终端液晶模块中。指令信号可通过按键进行设置其主程序漉程图如图6 所示。C A N 总线无线接收控制中心的主要作用是将节点的数据由C A N 总线通信上传到控制中心再通过无线发送到服务终端并接收服务终柏的指令。通过C A N 总线通信下传到相应节点。C A N 总线中心控制软件流程如图7 所示。C A N 总线通信、无线通信、节点程序流程和其他子程序流程在此不详解。-5-黼攀M一广l万方数据电子设计T 程)2 0 1 1 年第3 期图6 无线终端软件设计流程F i g 6F l o wc h a r to fw i r e l e s st e r m i n a l f t w a r ed e s i g n图7C A N 总线控制中心软件设计漉程F i g 7F l o wc h a r to fC A N b u sc o n t r o lc e n t e rs o f t w a r ed e s i g n完成所有软、硬件后对C A N 总线内部局域网通信、无线收发系统通信、C A N 总线与无线收发系统相互通信3 部分进行测试。测试内容主要有：C A N 总线局域网内部各节点自发白收、相互收发、一对多发送和多对一发送；无线终端与C A N 总线之间相互收发：单节点与中心控制主机的收发数据。以上每项测量发送l O 个字节，所有结果显示正确各部分数据传输正确。报错率为O。5 结论本论文根据中大型医院的需要针对现有静脉输液监测技术，提出了一种C A N 总线和无线技术的输液网络监控系统。设计并制作了C A N 总线节点及通信模块、无线数据收发模块，并为系统开发了配套的软件。完成了C A N 总线内部局域网通信、无线收发系统通信、C A N 总线与无线收系统相互通信，试验表明。该系统数据传输与收发正常。错误率为o。参考文蠢：【l l 吴永风。王红蕾，王俊凌C A N 总线接口芯片P C A 8 2 C 2 5 0“及其应用叨贵州工业大学学报：自然科学版。2 0 0 5，3 4(3)：7 6 7 9 W UY o n g-f e n g，W A N GH o n g-l e i。W A N GJ u n b o n ec o n t r o l l e ra r e an e t w o r ki n t e r f a c ec h i p8 2 C 2 5 0a n di t sa p p h c a-t i o n f 1 J o u r n a lo fG u i z h o uU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y：N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n，2 0 0 5，3 4(3)：7 6-7 9【2】李金刚，刘永鸿基于A T 8 9 C 5 1 型单片机的C A N 总线智能节点设计【J】电子设计工程，2 0 0 6(8)：2 6-2 9 L IJ i n-g a n g，L I UY o n g-h o n g D e s i g no fs m a r tn o d ei nt h eC A Nb u sb a s e do nA T 8 9 C 51 叨E l e c t r o n i cD e s i g nE n g i n e e r-i n g，2 0 0 6(8)：2 6 2 9【3】侯天星，王风新基于n R F 2 4 0 1 的无线数据传输系统叨中国农学通报，2 0 0 9，2 5(7)：2 5 8 2 6 3 H O UT i a n-x i n g，W A N GF e n g-x i n Aw i r e l e s sd a t at r a n s m i s-s i o ns y s t e mb a s e dO nn R F 2 4 0 1 J 1 C h i n e s eA g r i c u l t u r a lS C i e n c eB u l l e t i n，2 0 0 9，2 5(7)：2 5 8 2 6 3【4】王颖，刁惠民，季兵静脉输液监控系统的研制与应用叨护理学杂志：外科版，2 0 0 9，2 4(2 0)：9 3 9 4 W A N GY i n g，D I A OH u i r a i n，J IB i n g I n t r a v e n o u si n f u s i o nm o n i t o r：d e v e l o p m e n ta n di t sc l i n i c a lu s e J J o u r n a lo fN u t s i n gS c i e n c e，2 0 0 9，2 4(2 0)：9 3-9 4【5】江勇，段文群一种面向医院的输液监控系统的设计叨医疗装备，2 0 0 9，2 2(1 2)：1 9 2 1 J I A N GY o n g D U A NW e n-q u n D e s i g no fm o n i t o rc o n t r o ls y s t e mf a c et oh o s p i t a l【J】C h i n e s eJ o u r n a lo fM e d i c a lD e-v i c e，2 0 0 9，2 2(1 2)：1 9 2 1 6】韩秀莉，姜学思智能化的液体点滴控制装置叨大众科技，2 0 1 0(2)：1 3 9 一1 4 0 H A NX i u l i。J I A N GX u e s i I n t e l l i g e n t i z e dl i q u i di n t r a-v e n o u sd r i pc o n t r o ld e v i c e【J】P o p u l a rS c i e n c e&T e e h n o i o-g Y。2 0 1 0(2)：1 3 9-1 4 0【7】陈宇，王玺基于光电技术智能输液监控系统设计【J】-核电子学与探测技术。2 0 0 9 2 9(5)：1 1 4 9 一1 1 5 4 C H E NY u，W A N GX i D e s i g no fi n t e l l i g e n ti n f u s i o nm o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e mb a s e do np h o t o e l e c t r i ct e c h n o l o g y 叨N u c l e a rE l e c t r o n i c s&D e t e c t i o nT e c h n o l o g y，2 0 0 9，2 9(5)：l1 4 9 一1 1 5 4【8】宋茹郑玉山，张丽萍，等一种低功耗无人值守输液监控系统的研制m 医疗卫生装备，2 0 0 9 3 0(9)：l l 1 3 S O N GR u，Z H E N GY u-s h a n，Z H A N GL i-p i n g，e ta 1 D e-v e l o p m e n to fan e wu n m a n n e dl o w-p o w e ri n f u s i o nm o n i t o r i n gs y s t e m【J】C h i n e s eM e d i c ME q u i p m e n tJ o u r n a l，2 0 0 9。3 0(9)：1 1-1 3【9】刘志壮洪添胜，张文昭基于R s 4 8 5 总线的网络输液监控系统U】测控技术，2 0 0 7。2 6(1)：5 0-5 2 L I UZ h i-z h u a n g，H O N GT i a n-s h e n g。Z H A N GW e n-z h a o At r a n s f h s i o n-s u r v e i l l a n e e-c o n t r o ls y s t e mb a s e do nR S 4 8 5n e t-w o r k 叨M e a s u r e m e n t C o n t r o lT e c h n o l o g y，2 0 0 7 2 6(1)：S 0 5 2 万方数据基于CAN总线和无线技术的输液网络监控系统基于CAN总线和无线技术的输液网络监控系统作者：周文真，张文昭，刘爱林，徐晓，ZHOU Wen-zhen，ZHANG Wen-zhao，LIU Ai-lin，XU Xiao作者单位：湖南科技学院电子研究所,湖南,永州,425100刊名：电子设计工程英文刊名：ELECTRONIC DESIGN ENGINEERING年，卷(期)：2011,19(3)参考文献(9条)参考文献(9条)1.刘志壮;洪添胜;张文昭 基于RS485总线的网络输液监控系统期刊论文-测控枝术 2007(01)2.宋茹;郑玉山;张丽萍 一种低功耗无人值守输液监控系统的研制期刊论文-医疗卫生装备 2009(09)3.陈宁;王玺 基于光电技术智能输液监控系统设计期刊论文-核电子学与探测技术 2009(05)4.韩秀莉;姜学思 智能化的液体点滴控制装置期刊论文-大众科技 2010(02)5.江勇;段文群 一种面向医院的输液监控系统的设计期刊论文-医疗装备 2009(12)6.王颖;刁惠民;季兵 静脉输液监控系统的研制与应用期刊论文-护理学杂志 2009(20)7.侯天星;王凤新 基于nRF2401的无线数据传输系统期刊论文-中国农学通报 2009(07)8.李金刚;刘永鸿 基于AT89C51型单片机的CAN总线智能节点设计期刊论文-电子设计工程 2006(08)9.吴永凤;王红蕾;王俊波 CAN总线接口芯片PCA82C250及其应用期刊论文-贵州工业大学学报(自然科学版)2005(03)本文链接：http:/