基于ZigBee的無線輸液監(jiān)控方案

　　1）點(diǎn)滴速度測量模塊

　　該部分采用紅外傳感器測量點(diǎn)滴速度，所用光電檢測器型號是ST-178紅外發(fā)射接收對管。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轉(zhuǎn)換為變化的電信號，由于電信號非常微弱，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)滴速度測量檢測模塊原理圖

　　2）儲液液面檢測模塊

　　數(shù)據(jù)采集端利用電容式傳感器，測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)送模塊把信號傳至監(jiān)控中心。原理圖如圖3所示。

　　圖3　儲液液面檢測模塊原理圖

　　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液瓶的瓶身貼兩塊金屬薄片作為傳感電容，儲液液面下降，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)儲液液面降到警戒線時(shí)，此時(shí)測量所得電容值約為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，通過STC89LE516AD單片機(jī)檢測傳給無線發(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個強(qiáng)大的支持幾組協(xié)議的USART，以及1個MAC計(jì)時(shí)器、1個常規(guī)的16位計(jì)時(shí)器和2個8位計(jì)時(shí)器。

　　系統(tǒng)工作原理：當(dāng)傳感器測試到液體存量信號和點(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