数据采集端 - 基于ZigBee的无线输液监控方案

　2.2　数据采集端

　　1）点滴速度测量模块

　　该部分采用红外传感器测量点滴速度，所用光电检测器型号是ST-178红外发射接收对管。光电接收器件内部LED的P-I特性为：

　　P=Ne*Ni*h*v*I/q，

　　式中：Ne表示外量子效应；Ni表示内量子效应；I为注入电流；q为过流时的电量。

　　把红外发射和接收管正对着固定在滴斗两侧，当液滴滴下时，红外发射器发出的光信号透过液滴时接收端光功率发生变化，光电接收管将变化的光信号转换为变化的电信号，由于电信号非常微弱，应放大到一定程度且通过积分电路消除干扰，再经比较器整形得到与点滴同频的方波。经STC89LE516AD单片机对脉冲计数，得到点滴速度。电路原理如图2所示。

 

　　

　　图2　点滴速度测量检测模块原理图

 

　　2）储液液面检测模块

　　数据采集端利用电容式传感器，测量吊瓶中的液体存量，并把采集到的数据传至无线发送模块。由无线发送模块把信号传至监控中心。原理图如图3所示。

 

　　

　　图3　储液液面检测模块原理图

 

　　电容、电压变换电路原理说明如下：

　　波形输入的正半周由于被限幅，负半周时导通，在输入波形的正半周，输入波形被限幅在0.7V，波形以-E跳变至0.7V.利用电容电压特性曲线在储液瓶的瓶身贴两块金属薄片作为传感电容，储液液面下降，电容两极间介电常数减小，电容值随之减小，经过电容电压变换器输出后电压上升。当储液液面降到警戒线时，此时测量所得电容值约为43pF，调整回差比较器阈值电压使其低于电容电压变换器输出电压值，比较器翻转输出开关信号，通过STC89LE516AD单片机检测传给无线发送模块。

　　3）无线传输模块

　　采用CC2500ZigBee模块，CC2500是一款低成本、低功耗、高性能的无线收发芯片。其工作频段为2.4GHz的ISM频段；具有良好的无线接收灵敏度和强大的抗干扰能力；在休眠模式时仅0.9？？A的流耗，外部中断或RTC能唤醒系统；在待机模式时少于0.6？？A的流耗，外部中断能唤醒系统；硬件支持CS-MA/CA功能；电压为（1.8～3.6）V;在传输模式下，当输出功率为-12dBm时，电流消耗为12mA.CC2500的接收器敏感度为-101dBm（在10kbps时）；最大输出功率为0dBm，数据速率可在（1.2～500）kbps之间变化；带有2个强大的支持几组协议的USART，以及1个MAC计时器、1个常规的16位计时器和2个8位计时器。

　　系统工作原理：当传感器测试到液体存量信号和点滴速度时，由无线传输模块把信息发送至监控中心，由监控中心对这些数据进行计算处理。根据预先设定的有关规则（例如：设定液体存量为多少时报警，提醒医生执行医护措施），将这些数据转换为适当的报警动作指标，相应地发出报警。医护人员根据监控系统提示进行操作。

 

3　软件流程

 

　　系统的软件由数据采集端和数据接收端程序组成，均包括初始化程序、发射程序和接收程序。初始化程序主要是对单片机、射频芯片、SPI等进行处理；发射程序将建立的数据包通过单片机SPI接口送至射频发生模块输出；接收程序完成数据的接收并进行处理。接收端软件流程如图4所示，数据采集端软件流程如图5所示。

 

　　

　　图4　接收端软件流程图

 

　　

　　图5　数据采集端软件流程图