AVR32的便携式无线医疗点滴监控系统

引言　　

智能化和便携式是现代电子产品的发展趋势，医疗电子的智能化使得医务人员的操作变得更方便。医务人员可随身携带手持式监控仪对各病房点滴实时监控，及时了解相关情况；如遇突发情况如点滴低于设定警戒值，终端监控装置可产生中断信号，主控制端则可优先进行相应的处理。本设计实现了一种以AT32UC3A0512[1]单片机为主控制器的便携式远程无线点滴监控系统，可及时了解点滴状态，提高医疗点滴设备安全性。

1 系统原理介绍　　

本系统主要包括两个部分：手持式控制端和终端监控装置。手持式控制端主要实现信息输入和查询界面的操作，通过输入待查询的病房号及点滴速度值，以数据包形式发送给相应的病房监控终端，实时显示终端传送来的点滴状态数据信息。终端监控装置主要负责点滴状态的数据采集和处理（点滴流速与点滴液位等），以及将处理好的数据通过无线通信方式发送给主控制端；对于点滴液位低于设定值、病人呼叫等紧急事件，按照中断模式处理，发出报警提示，并将事件类型以数据包形式发送至主控制端。系统的结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图

2 系统硬件设计

2.1 控制端部分硬件设计　　

手持式控制端采用Atmel公司的32位RISC处理器AT32UC3A0512为主控制器[1]。它的功耗低，吞吐量高，内部具有512K Flash和64K的SRAM，CPU工作频率最高可达66 MHz；在3.3 V电压下，工作电流约40 mA，待机电流则仅为30 μA。内部高度集成的硬件资源可简化外围电路的设计，如内部Flash、USB、ADC、EBI和以太网等外设接口可供设计者使用。

2.1.1 触摸按键模块　　

采用Quantum Research Group公司的电容式触摸按键模块IC QT1801,[2]具有功耗低，外围电路简单，可同时支持8个触摸按键输入等特点。经过内部滤波整形后，在对应的按键口输出逻辑电平，根据外围电阻值的不同选择可以设置IC QT1801的各种模式。　　工作模式的设置如下：在全模式（Full Option Mode）下，需在引脚SNSx（x=0，1，…，7）接1 MΩ电阻；在精简模式下，需在引脚SNS6K和SNS7之间串接一个1 MΩ电阻。按键输出值模式有2种：Oneperkey和Binary Code。当有按键触摸时在24引脚（DETECT）产生触摸中断信号，高电平有效。其中，CS1~CS5为触摸按键输入,其接口电路如图2所示。

图2 触摸按键模块电路图

2.1.2 LCD显示模块　　

显示部分采用EDT公司的LCD显示模块ET024006DHU，该LCD模块内部集成了图形控制驱动器HX8347A，MCU可通过两种接口方式对其内部寄存器进行读/写操作来控制LCD的显示，分别是并行接口模式和SPI接口模式。并行接口模式下可选择8/16位数据和16/18位RGB数据，串行SPI接口模式下可将8/16位数据和16/18位RGB数据直接写入内部寄存器。

2.1.3 无线通信模块nRF24L01[3]　　

无线通信部分采用单片射频收发芯片，其工作频段为世界通用的ISM频段（2.4～2.5 GHz），是一款真正的GFSK单收发芯片。内置链路层，具有自动应答及自动重发功能，支持地址及CRC检验功能。它具有极低的电流消耗，掉电和待机模式下电流消耗更低；数据传输速率最高可达2 Mbps，内置标准的SPI接口可与MCU进行数据传输，速率最高可达8 Mbps；可工作在125个可选频道，在接收模式下，可同时接收工作在同一频道的6个数据通道的数据，相互通信的收发器的数据通道设置为同一个地址。　　

通过对nRF24L01内部寄存器的读/写来控制其工作状态的转换及数据的收发，当收发器数据接收/发送完成或者出现异常时，IRQ引脚产生中断信号，低电平有效，对STATUS寄存器相应位写“1”，清除中断标志。无线通信模块硬件连接如图3所示。

2.2 终端监控装置硬件设计　　

终端监控装置采用ATmega128单片机，主要接收控制端发送的命令数据，并将采集的数据进行处理发送给控制端，完成病人呼叫、液面监测、对点滴速度的检测与控制，以及声音报警等功能。

2.2.1 点滴速度控制模块　　

点滴速度控制电路采用专用的步进电机控制芯片L297、双全桥步进电机驱动芯片L298。L297内部的PWM斩波器电路在开关模式下可产生PWM波，控制电机绕组中的电流，从而控制电机的精确转动；它产生的4相控制信号可用于控制两相双极性和四相单极性步进电机。L298内含HBridge高电压、大电流双全桥式驱动器，4路驱动电路可驱动46 V、2 A以下的两相或四相步进电机，可实现步进电机的正反转。通过精确控制电机的正反转来控制点滴装置的流速夹滚轴的滑动，以达到控制点滴滴落速度的目的。硬件连接图如图4所示。

图3 无线模块硬件图

图4 点滴速度控制电路图

2.2.2 点滴速度和液位检测模块　　

利用红外对管发射方法测量点滴速度。点滴检测电路包括红外发射、接