基于可穿戴设备的无线组网输液监控系统

原创面包板社区 2023-04-23 20:07

该设计分为七大部分，即stm32核心模块，电机驱动模块与LCD显示模块，注射液滴速度检测模块，湿度传感器模块，声光报警模块与按键控制模块。在stm32的配合下，配合另外6个部分共同完成了智能输液系统各项功能的实现。本设计利用硬件电路的几个部分来完成各个模块功能的实现，在实现的过程中也尽量提高硬件电路的可靠性和稳定性，保证整个电路的稳定性比较高。所述主电路包括红外监控电路、单片机控制电路等等、硬件驱动电路等等、数字显示电路和电机控制电路的设计等等。

系统硬件整体框图如下：

1、主控芯片模块设计

系统采用STM32F103C8T6单片机作为主控芯片，STM32F103C8T6凭借其众多的IO口资源在同类型单片机里具备独特的优势，这款微控制器由意法半导体公司(STstmicroelectronics)开发，基于M3核心，内置512K闪存，具备多种外设，例如ADC、SPI、USB等，最高的主频可以到72MHZ，同时低功耗，寿命长，受到众多编程人员的喜爱。具体实物图如下图所示：

其原理图如下：

2、电机驱动模块

电机驱动模块电路如下所示：

在该设计中，液滴的速度由五线制四相5V步进电机进行控制。驱动电机所需的大电流无法直接由GPIO控制。所以有必要在GPIO与电机间加入驱动电路来提高GPIO对电机转动的驱动能力。这里选用ULN2003。

ULN2003作为大电流驱动阵列主要用于单片机，智能仪表,PLC,数字输出卡和其他控制电路，可以对继电器和其他负载进行直接驱动。输入为5TTL电平、输出高达500mA/50V,其内部有7个硅NPN达林顿管。本电路具有以下特点：每对ULN2003 Darlington拉2.7K基极电阻即可在5V工作电压时将TTL与CMOS电路直接相连。

3、液面高度检测模块

系统采用红外管实现。所述接收管，发射管设置于输液瓶上预设警戒线处。当未达到警示液位时，由于液体对红外线的强烈吸收，接收管接收到的红外信号较弱，红外管被切断，输出低电平。当达到警示级时，接收管接收到的光强增大，红外接收管接通输出高电平，导致电平跳变。采用循环编程法检测液位，检测到跳位后产生报警。

4、注射液滴速检测模块

该部分采用红外光电开关来完成。在无液滴掉落情况下接收管收到的光强和输出电平均较高。当液滴落下后，落下的液滴对于红外线具有很强的漫反射，吸收以及部分散射作用，其接收强度也将随之产生很大的改变，从而造成输出电平偏低。此时光电装置的输出需要产生电平跳，可根据通过滴管的液滴计数来检测液滴。下落速度可以通过循环编程来检测。光斑测速采用红外光电传感器，即红外管。

5、LCD显示屏模块

该系统采用LCD1602进行温度，液滴数等参数的显示、日期、时间及其他资料。同时可通过按键设定不同的参数进行操作。一种工业字符型实用液晶显示设备——LCD1602型液晶显示器，其优点在于：

尺寸小，功耗低，有较好的显示效果等等，选用LCD1602,模块的功耗较小，显示效果明显，能够满足用户对各种显示场景要求，同时展示多种字符。在显示单个字符时，采用简单而有效的方法，将所有字符全部排列成一个整行或一列，然后再按顺序依次叠加起来。它能显示16*2个字符，不过，你可以选择另一种方式来显示32个字符的完整系列。所示字符类型可为数字、字母(包括大写字母和小写字母)，甚至可作为特殊符号使用，还可作为用户定制字符使用。如果你希望把自己喜欢的字符全部或部分地展现在屏幕上，那么就需要另外购买一台显示器。LCD1602显示器也相对简单，控制原理简单，它的应用范围亦较为狭窄。它采用了一种特殊设计的液晶显示屏结构，使它能够在各种不同环境下使用，而且具有良好的性能价格比。显示器显示字符为网格组合，格子大小是5 x 7。如果要把所有这些字符全部显示出来就必须在屏幕上加一条横线，这就是显示所需的字体或字号。显示器数据传输方式也不算复杂。在输入时采用了“键盘输入”和“鼠标选择”两种方式。数据传输方式采用串行数据传输。实物如下图所示：

6、声光报警模块

告警模块，用于利用蜂鸣器报警。蜂鸣器为电子音响集成结构，由直流电压提供电源，被广泛用于电脑，汽车电子设备，电话，定时器，打印机，复印机，报警器，电子玩具及其他电子产品作语音装置。若检测到滴速低于下限或高于上限且瓶内无水时，蜂鸣器报警。智能输液监控报警管理系统将传统的人工管理模式转变为智能管理模式，减轻护理人员的劳动强度，使传统输液实现了数字化、信息化、标准化和智能化。

7、按键控制模块

按键用于手动触发报警和调节滴速。用户可按下该按钮设置滴速阈值。当系统检测到滴速大于阈值时，将电机设置反向，模拟滴管压缩，降低滴速;否则，电机将向前转动，模拟滴管的松弛，增加滴速。

8、护士可穿戴设备模块设计

可穿戴设备：设计一个带有传感器和通信模块的可穿戴设备，用于监测输液的情况。传感器可以检测输液速率、液位、温度、压力等参数，并将数据传输到通信模块。通信模块可以使用蓝牙或Wi-Fi等协议，将数据传输到接收设备。

接收设备：接收可穿戴设备传输的数据，并对数据进行处理和分析。接收设备可以是智能手机、平板电脑或电脑，具备一定的计算能力和存储能力。接收设备需要安装相应的软件，用于接收和处理传感器数据。

作者：ZHUANG

https://mbb.eet-china.com/forum/topic/127451_1_1.html

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