随着物联网的发展与进步，以及电子、计算机等技术的发展，目前，医院普遍使用玻璃转子式气体流量计来控制和测量氧气流量。这种流量计装卸方便，可以随时插入病房床头设备带上的供氧终端接口，通过调节玻璃转子的位置，能够控制当前的 氧气流量。通常每个病区都配备若干玻璃转子式气体流量计，护士根据需要为不同病房的患者提供输氧服务。有些患者和家属也能够装卸和调整流量计。当需要输氧的患者较多时，护士往往无法精确掌握不同患者的输氧时间以及流量计的去向，影响输氧设备的管理和输氧计时的准确性。针对以上问题，本文设计了一套智能输氧监测系统，直接在输氧管上加装传感器，利用NB-IoT技术将传感器获取的流量数据通过无线网络传送到护士手机APP，以便护士及时掌握患者输氧情况和流量计的使用情况。

1. 系统总体方案设计

1.1 概述

该NB-IOT医用智能输氧监测系统基于意法半导体的 stm32l031 系列主控芯片，具有超低的运行及待机休眠功耗，搭配 ME3616NB-IoT 模块，以及中国电信物联网开放平台等。实现医院患者输氧时氧气流速以及是否正常的监测。

 

 

 

图 2-1  总体框图

 

1.2 硬件总体设计

1.2.1 处理器

采用 ST 公司的 STM32 系列芯片做为主控。本次为了完成本次的任务要求， 我们所使用的是 STM32L031K6T6。由 ST 厂商推出的 STM32 系列单片机，行业的朋友都知道，这是一款性价比超高,运行待机及睡眠功耗超低的系列单片机，功能及其强大。其基于专为要求低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的 ARM Cortex-M0+ 内核，同时具有一流的外设： 12 位 ADC， UART， SPI 等等，在功耗和集成度方面有不俗的表现，其简单的结构和易用的工具再配合其强大的功能在行业中赫赫有名。

 

1.2.2 ME3616 NB-IoT模块

ME3616 是一款支持NB-IoT通信标准的窄带蜂窝物联网通信模组。在NB-IoT制式下，该模块可以提供最大66 Kbps上行速率和34 Kbps下行速率。该模块为极小尺寸LCC紧凑型封装模块，适用于可穿戴设备等对于模块尺寸有严格要求的应用领域。

 

ME3612专为低速率、低功耗、远距离、海量连接的物联网应用而设计。该模块支持多种网络协议（CoAP、TCP/UDP、MQTT）和多种低功耗模式(PSM、eDRX)。这些协议和功能可以让它应用在智能表计、智能停车、资产追踪和可穿戴设备等多种物联网及M2M的应用场景中。

 

1.2.3 FS2012气流传感器

IDT质量流量传感器模块测量气体或液体流过传感表面采用热传递(量热)原理。流传感器采用一系列MEMS热电偶，性能优异信噪比。有源MEMS的固体热隔离

传感元件与碳化硅薄膜涂层提供了优异的性能耐磨，长期可靠。IDT提供一个未经校准的毫伏输出版本(FS1012)，未经校准放大电路(FS102x)全校准线性化(FS2012)模块的气体或液体的典型精度下降到2%的读数。这些质量流量传感器是理想的工业过程中使用，医疗保健和医疗市场。

2.3 程序及通信方式设计

2.3.1 程序设计流程图

 

 

2.3.2 单片机通信方式

单片机的通信协议与ME3616 NB-IoT模块采用 UART 协议。

UART 是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。在嵌入式设计中，UART 用来主机与辅助设备通信，如汽车音响与外接 AP 之间的通信，与 PC 机通信包括与监控调试器和其它器件，如

EEPROM 通信。

UART 首先将接收到的并行数据转换成串行数据来传输。消息帧从一个低位起始位开始，后面是 5~8 个数据位，一个可用的奇偶位和一个或几个高位停止位。接 收器发现开始位时它就知道数据准备发送，并尝试与发送器时钟频率同步。如果选择了奇偶，UART 就在数据位后面加上奇偶位。奇偶位可用来帮助错误校验。

在接收过程中，UART 从消息帧中去掉起始位和结束位，对进来的字节进行奇偶校验，并将数据字节从串行转换成并行。UART 也产生额外的信号来指示发送和接收的状态。例如，如果产生一个奇偶错误，UART 就置位奇偶标志。UART 作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。

 

 

 

图 2-3-1 单片机与FS2012以及ME3616之间的通信示意图

 

 

2.3.3 云平台及安卓APP

 

 

 

图 2-3-2 云平台Profile截图

 

 

图 2-3-3 安卓APP截图