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用MSP430系列单片机设计便携式医用自动输液器

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍了一种医用自动输液器的设计方案,该输液器以TI的MSO430系列单片机为控制芯片,配有显示模块、输液泵驱动模块和键控模块等。该设计方案整机结构新颖,体积小,耗电少,操作方便,使用安全可靠。

    关键词:MSP430;液晶;步进电机;输液

1 引言

对于需要自助式护理的病人来说,尤其是由于手术后、晚期癌症、分娩等原因所导致的慢性疼痛的病人,往往需要一种可以由病人自己操作、自动定时、定量向病人进行输液的智能型自动输液器,以达到治疗和镇痛的目的。为此,笔者设计了一种便携式医用自动输液器,该仪器采用电池作为供电电源,并具有功耗小、体积小、重量轻等特点,可满足便携式需要。此外,该仪器使用安全可靠、计量准确、自动化程度高,可适应现代医学发展的要求。该自动输液器的主要功能如下:

(1)可根据要求设定滴数、输液总量及药液总量等参数。

(2)随时可改变原设定参数,并可以在运行时随时暂停输液。

(3)不同的使用者可以有自己的一套运行参数,并可通过密码进入自己的设定环境。

(4)带有LCD显示,可实时察看所用药液及药液剩余量。

(5)自动检测流速,在输液异常或输液结束时,可自动停止输液并进行声光提示。

(6)药液用完自动发出换液信号,在换液期间禁止所有操作。

(7)重要的操作均由两个组合键来完成,可防止误操作,安全可靠。

(8)在第一次使用之前能够快速排空输液管中的空气。(范文先生网www.fwsir.com收集整理)

2 硬件设计

MSP430系列单片机是TI公司近期推出的16位系列单片机。该系列是一组超低功耗的微控制器,供电电压范围为1.8~3.6V,特别适用于长期使用电池工作的场合。由于其具有16位RISC结构、16位寄存器和常数发生器,因而MSP430 系列单片机具有最大的代码效率。考虑到本设计有低功耗、小体积的要求,所以,选用了MSP430F1121型单片机芯片。该芯片特有的FLASH 存储器在系统设计、开发调试及实际应用上都表现出较明显的优点。MSP430F1121内部有一个数控振荡器(DCO)和一个晶体振荡器,带有3个捕获/比较寄存器的16位定时器TIMER-A、一个看门狗定时器 Watchdog Timer-A、一个模拟比较器 Comparator-A 和12个I/O 口(每位均有独立的中断能力,可独立控制),另外,还具有4kB+256字节的FLASH ROM和256字节的RAM存储空间,因此在整个硬件电路上无须外加程序存储器。当单片机处于闲置状态时,可以使其处于睡眠状态以降低功耗,并可通过选择4种工作模式来使其最低功耗几乎为零。其功耗低,体积小,功能强大的特点使其特别适用于便携式电池供电的仪器设计。

本输液器的电路结构原理框图如图1所示,它由电源电路、输液泵驱动、液晶显示驱动、按键控制等电路组成。

2.1 电源电路

整个电路由四节电池供电,除了可以用电池供电外,还可以通过直流输入端由小型变压器供电,以满足在室内及走动等不同场合的需要。由于TI单片机的供电电压比其它模块的要低(只有3.6V),因此可选择L31A作为MSP430F1121的稳压芯片。为保证输液正常,电源电路中还配有电池电量检测装置,以便在电池电量比较低、可能会影响到正常输液的情况下及时报警,以提醒更换电池。因此,利用单片机MSP430F1121内置比较器模块的特点,即可不用外加专门的电池检测芯片,而只需两个电阻就可以完成此功能。

2.2 键控模块

出于对医疗仪器安全可靠的考虑,为防止按键的误动带来的不安全因素,一些主要的按键操作都是用组合键的形式完成的,即只有特定的两个键被同时按下时才能生效。这样,完成所有的操作一共只需要四个键。考虑到单片机的I/O口资源比较丰富,而且每个I/O口均有独立的中断能力,因此,4个键可直接接到单片机的I/O口上,并通过中断方式由CPU来响应。由于硬件电路比较简单,与之对应的软件也大

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