醫(yī)院輸液與主要生理指標(biāo)智能監(jiān)控系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、南京工程高等職業(yè)學(xué)校 五年制高職畢業(yè)設(shè)計(jì)姓 名： 學(xué) 號(hào)： 080107123 系 部： 電子工程系 專 業(yè)： 電氣自動(dòng)化技術(shù) 設(shè)計(jì)題目：醫(yī)院輸液與主要生理指標(biāo)智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師： 職 稱： 副教授 2013年 4 月 摘 要我們?cè)卺t(yī)院里經(jīng)常會(huì)看到護(hù)士們忙碌的身影，不管是在門診還是在病房，總有不少的病人需要輸液，一般輸液都需要有人監(jiān)護(hù)，這其中主要的監(jiān)護(hù)內(nèi)容就是輸液終了監(jiān)護(hù)和異常生理反應(yīng)監(jiān)護(hù)。擔(dān)任監(jiān)護(hù)工作的主要是病人的親友，這是因?yàn)獒t(yī)院的醫(yī)護(hù)人員畢竟是有限的，于是這就不可避免地帶來(lái)了一定的社會(huì)問(wèn)題。如監(jiān)護(hù)人員不夠?qū)I(yè)不能及時(shí)判斷病人的病情變化，大量浪費(fèi)社會(huì)勞動(dòng)力資源、浪費(fèi)人力物力，醫(yī)療事故

2、判斷缺少必要的客觀的全天候的過(guò)程數(shù)據(jù)，醫(yī)患糾紛增多。目前，自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展已逐漸滲透到了工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活的各行各業(yè)，我們能夠全方位地監(jiān)控一條生產(chǎn)線的各個(gè)工作環(huán)節(jié)使其工作有序進(jìn)行，也可以監(jiān)控和指揮工業(yè)機(jī)器人、為我們的工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，當(dāng)然也可以把病人作為監(jiān)控對(duì)象。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用溫度傳感器、振動(dòng)傳感器等對(duì)人體的體溫、心率等主要生理指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，采用光電傳感器對(duì)病人輸液終了進(jìn)行監(jiān)控，送入plc進(jìn)行信息處理，通過(guò)cc-link現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，并通過(guò)觸摸屏畫面切換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)病區(qū)重點(diǎn)病人的主要生理指標(biāo)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，從而為重點(diǎn)病人的輸液治療、生命體征異常變化的及時(shí)發(fā)現(xiàn)增加了新的保障，也為cc-link工

3、業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線在醫(yī)療行業(yè)中的應(yīng)用提供了一種應(yīng)用方案。這一系統(tǒng)在一定程度上能起到節(jié)約社會(huì)勞動(dòng)力資源、提高醫(yī)務(wù)人員工作效率的作用，同時(shí)也能為判斷醫(yī)療事故、解決醫(yī)患糾紛提供一項(xiàng)實(shí)時(shí)的佐證材料。關(guān)鍵詞：cc-link總線 plc 生理指標(biāo) 遠(yuǎn)程監(jiān)控目 錄引言 11 監(jiān)控系統(tǒng)的概述11.1醫(yī)院智能監(jiān)控系統(tǒng)的課題設(shè)計(jì)來(lái)源11.2醫(yī)院智能監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)22 監(jiān)控系統(tǒng)方案選擇22.1 cc-link總線32.1.1 cc-link的功能32.1.2 fx2n-16ccl-m系統(tǒng)主站模塊42.1.3 fx2n-32ccl接口模塊62.1.4 cc-link的通訊接線72.2 可編程序控制器(plc)72.2.1

4、 fx3u介紹72.2.2 fx3u的編程使用72.3 人機(jī)界面82.3.1 觸摸屏的定義82.3.2 gt1155的連接82.4 a/d模塊92.4.1 fx0n-3a的概述92.4.2 fx0n-3a的使用93 信號(hào)檢測(cè)與輸入接口113.1 輸液終了檢測(cè)113.1.1 器件選用113.1.2 光學(xué)原理133.2 心率檢測(cè)143.2.1 器件選用143.2.2 檢測(cè)原理153.3 體溫檢測(cè)163.3.1 器件選用163.3.2 檢測(cè)原理164 智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)174.1 智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)174.2 人機(jī)界面報(bào)警示意圖 185 醫(yī)院智能監(jiān)控系統(tǒng)系設(shè)計(jì)216 結(jié)論23致謝1參考文獻(xiàn)1附錄一1

5、附錄二5附錄三6附錄四7引 言隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，cc-link已逐漸滲透到了越來(lái)越多的行業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域；特別是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用，使我們具備了對(duì)工業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)視和運(yùn)行控制的能力，從而使工業(yè)生產(chǎn)集中監(jiān)控成為可能。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線有多種，其中cc-link現(xiàn)場(chǎng)總線最大傳輸距離可達(dá)1200m，當(dāng)使用中繼器時(shí)可達(dá)7600m，完全能夠滿足工廠、礦山等生產(chǎn)性企業(yè)的遠(yuǎn)程監(jiān)控需要。當(dāng)然，cc-link的推出主要是為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的，哪么在醫(yī)院有沒(méi)有它的用武之地呢？有。在醫(yī)院可以對(duì)病人的輸液是否終了進(jìn)行監(jiān)控，可以進(jìn)行24小時(shí)監(jiān)測(cè)危重病人的體溫、心率（脈搏）、心電等生理指標(biāo)。本文的主要工作目標(biāo)就是設(shè)計(jì)一款能夠用于醫(yī)

6、院并且能同時(shí)針對(duì)多個(gè)病房多個(gè)病人（本文以兩個(gè)病人為監(jiān)控對(duì)象）進(jìn)行生理指標(biāo)和輸液終了監(jiān)測(cè)的集中監(jiān)控系統(tǒng)。在 1996 年 11 月，以三菱電機(jī)為主導(dǎo)的多家公司以 “ 多廠家設(shè)備環(huán)境、高性能、省配線 ” 理念開(kāi)發(fā)、公布和開(kāi)放了現(xiàn)場(chǎng)總線 cc-link ，第一次正式向市場(chǎng)推出了 cc-link 這一全新的多廠商、高性能、省配線的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。并于 1997 年獲得日本電機(jī)工業(yè)會(huì)（ jema ）頒發(fā)的杰出技術(shù)成就獎(jiǎng)。 cc-link 是 control& communication link ( 控制與通信鏈路系統(tǒng) ) 的簡(jiǎn)稱。cc-link 具有性能卓越、應(yīng)用廣泛、使用簡(jiǎn)單、節(jié)省成本等突出優(yōu)點(diǎn)。作為開(kāi)放

7、式現(xiàn)場(chǎng)總線， cc-link 是唯一起源于亞洲地區(qū)的總線系統(tǒng)，cc-link 的技術(shù)特點(diǎn)尤其適合亞洲人的思維習(xí)慣。1 監(jiān)控系統(tǒng)的概述1.1 醫(yī)院智能監(jiān)控系統(tǒng)的課題設(shè)計(jì)來(lái)源本次課題的來(lái)源于，有一次生病去醫(yī)院發(fā)現(xiàn)醫(yī)院輸液室的病人總是人滿為患，醫(yī)護(hù)人員往往忙不過(guò)來(lái)，經(jīng)常有沒(méi)有家屬看護(hù)的病人在輸液過(guò)程中打瞌睡等，如果疏忽大意藥水滴完了或有異常輸液反應(yīng)沒(méi)發(fā)覺(jué)，這樣很容易造成醫(yī)療事故。我們就想到了這個(gè)課題，制作一個(gè)“醫(yī)院智能輸液與主要生理指標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)”來(lái)幫助醫(yī)護(hù)人員在人滿為患的病房里減輕工作量，提高工作效率。也可以很好的去監(jiān)控各個(gè)輸液病床當(dāng)前的狀態(tài)，在藥液快沒(méi)有或出現(xiàn)異常生理反應(yīng)時(shí)可以及時(shí)地發(fā)出報(bào)警，有效

8、地幫助護(hù)士完成醫(yī)療工作，減少因病人監(jiān)護(hù)不周或疏忽大意而造成的醫(yī)療事故。醫(yī)院智能輸液與主要生理指標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)是一種十分節(jié)省人力資源的系統(tǒng)，它的使用比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用也方便是一種比較實(shí)用又經(jīng)濟(jì)的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。世界上每天生病受傷的人數(shù)不勝數(shù)，特別是在重大自然災(zāi)害出現(xiàn)大量人員傷亡時(shí)，醫(yī)護(hù)人員就會(huì)嚴(yán)重不足，在醫(yī)院輸液時(shí)醫(yī)護(hù)人員很難看護(hù)到所有病人，而這時(shí)我們就需要一種醫(yī)院智能輸液與主要生理指標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)有效地節(jié)省醫(yī)護(hù)力量，提高看護(hù)的效率，有了這個(gè)系統(tǒng)我們可以在監(jiān)控室監(jiān)護(hù)著眾多的病人。1.2 醫(yī)院智能監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)醫(yī)院智能監(jiān)控系統(tǒng)可分為四個(gè)模塊：a.傳感器模塊b.可編程控制器（plc）控制模塊c.人機(jī)界面報(bào)警模塊

9、d.基于cc-link現(xiàn)場(chǎng)總線的plc通訊模塊本監(jiān)控系統(tǒng)包含主監(jiān)控室、病房1、病房2三個(gè)控制節(jié)點(diǎn)，主要使用了plc、cc-link通訊、模/數(shù)，數(shù)/模轉(zhuǎn)換、人際界面等智能模塊。通過(guò)人機(jī)界面的切換，主監(jiān)控室可以監(jiān)控每一個(gè)被監(jiān)控病人的各項(xiàng)主要生理指標(biāo)和輸液情況，病房1、病房2為遠(yuǎn)程被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，每一被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)可以監(jiān)控本病房?jī)?nèi)的所有病人的各主要生理指標(biāo)和輸液情況。用溫度傳感器、振動(dòng)傳感器等對(duì)人體的體溫、心率等主要生理指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，采用光電傳感器對(duì)病人輸液終了進(jìn)行監(jiān)控，送入plc進(jìn)行信息處理，通過(guò)cc-link現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，并通過(guò)觸摸屏畫面切換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)病區(qū)重點(diǎn)病人的主要生理指標(biāo)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。2

10、 監(jiān)控系統(tǒng)方案選擇2.1 cc-link總線目前在工業(yè)控制領(lǐng)域，現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用越來(lái)越多。cc-link作為一種新型的現(xiàn)場(chǎng)總線,具有較高的實(shí)時(shí)性?？膳c智能設(shè)備及各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備廠家的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)連接，具有較強(qiáng)的兼容性，最高傳輸速度可達(dá)10mbps，可以充分滿足用戶對(duì)開(kāi)放結(jié)構(gòu)與可靠性的嚴(yán)格要求,已經(jīng)得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。所以本項(xiàng)目采用了三菱fx2n-16ccl-m模塊作為主站的連接，用fx2n-32ccl模塊分別作為兩個(gè)從站的連接，經(jīng)過(guò)基于cc-link的plc通訊分別監(jiān)控相關(guān)病房病人的輸液和主要生理指標(biāo)。2.1.1 cc-link的功能以下所有的功能都體現(xiàn)了cc-link現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)。自動(dòng)刷新功能、預(yù)

11、約站功能:cc-link網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)模塊到cpu是自動(dòng)刷新完成，不必有專用的刷新指令；安排預(yù)留以后需要掛接的站，可以事先在系統(tǒng)組態(tài)時(shí)加以設(shè)定，當(dāng)此設(shè)備掛接在網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，cc-link可以自動(dòng)識(shí)別，并納入系統(tǒng)的運(yùn)行，不必重新進(jìn)行組態(tài)，保持系統(tǒng)的連續(xù)工作，方便設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)和調(diào)試系統(tǒng)。完善的ras功能:ras是reliability（可靠性）、availability（有效性，可用性）、 serviceability（可維護(hù)性）的縮寫。例如故障子站自動(dòng)下線功能、修復(fù)后的自動(dòng)返回功能、站號(hào)重疊檢查功能、故障無(wú)效站功能、網(wǎng)絡(luò)鏈接狀態(tài)檢查功能、自診斷功能等等，提供了一個(gè)可以信賴的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，幫助用戶在最短時(shí)

12、間內(nèi)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。互操作性和即插即用功能:cc-link提供給合作廠商描述每種類型產(chǎn)品的數(shù)據(jù)配置文檔。這種文檔稱為內(nèi)存映射表，用來(lái)定義控制信號(hào)和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元（地址）。然后，合作廠商按照這種映射表的規(guī)定，進(jìn)行cc-link兼容性產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)工作。以模擬量i/o開(kāi)發(fā)工作表為例，在映射表中位數(shù)據(jù)rx0被定義為“讀準(zhǔn)備好信號(hào)”，字?jǐn)?shù)據(jù)rwr0被定義為模擬量數(shù)據(jù)。由不同的a公司和b公司生產(chǎn)的同樣類型的產(chǎn)品，在數(shù)據(jù)的配置上是完全一樣的，用戶根本不需要考慮在編程和使用上a公司與b公司的不同，另外，如果用戶換用同類型的不同公司的產(chǎn)品，程序基本不用修改。可實(shí)現(xiàn)“即插即用”連接設(shè)備。循環(huán)傳送和瞬時(shí)傳送功能：cc-

13、link的兩種通信的模式，循環(huán)通信和瞬時(shí)通信。循環(huán)通信是數(shù)據(jù)一直不停地在網(wǎng)絡(luò)中傳送，數(shù)據(jù)是安站的不同類型，可以共享的，由cc-link核心芯片 mfp自動(dòng)完成；瞬時(shí)通信是在循環(huán)通信地?cái)?shù)據(jù)量不夠用，或需要傳送比較大的數(shù)據(jù)（最大960字節(jié)），可以用專用指令實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的通信。優(yōu)異抗噪性能和兼容性：為了保證多廠家網(wǎng)絡(luò)的良好的兼容性，一致性測(cè)試是非常重要的。通常只是對(duì)接口部分進(jìn)行測(cè)試。而且，cc-link的一致性測(cè)試程序包含了抗噪音測(cè)試。因此，所有cc-link兼容產(chǎn)品具有高水平的抗噪性能。正如我們所知，能做到這一點(diǎn)的只有cc-link。除了產(chǎn)品本身具有卓越的抗噪性能以外，光纜中繼器給網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供了更加

14、可靠、更加穩(wěn)定的抗噪能力。至今還未收到過(guò)關(guān)于噪音引起系統(tǒng)工作不正常的報(bào)告。2.1.2 fx2n-16ccl-m系統(tǒng)主站模塊cc-link主戰(zhàn)模塊fx2n-16ccl-m是特殊擴(kuò)展模塊，它將fx系列plc分配作為cc-link系統(tǒng)中的主站。當(dāng)一個(gè)fx系列的plc作為主站來(lái)使用的時(shí)候，最多可以連接7個(gè)遠(yuǎn)程i/o站和8個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備站，如圖1所示。圖1 最大連接配置圖fx2n-16ccl-m需要由24v dc提供電源，可由plc的主單元供給如圖2所示，另一種情況就是在外部使用24v穩(wěn)壓電源來(lái)提供電源，如圖3所示。圖2 由plc供給電源圖3 由外部穩(wěn)壓電源供給電源2.1.3 fx2n-32ccl接口模塊c

15、c-link接口模塊fx2n-32ccl是用來(lái)將fxon/fx2n/fx2ncplc連接到fx2n-16ccl-m的接口模塊。供電方式與主站模塊一致，如圖4所示為plc提供的24v電源：圖4 24v供電電源2.1.4 cc-link的通訊接線a.用雙絞屏蔽線電纜將各個(gè)站的da與da端子，db與db端子，dg與dg端子，dg與dg端子連接。由于fx2n-32ccl擁有將兩個(gè)da端子和兩個(gè)db端子，方便連接下一個(gè)站就非常方便。b.將每站的sdl端子與雙絞屏蔽電纜的屏蔽層相連。c.每站的fg采用三級(jí)接地。d.各站的連線可從任何一點(diǎn)進(jìn)行，與編號(hào)站號(hào)無(wú)關(guān)。e.當(dāng)fx2n-32ccl作為最終站，在da和d

16、b端子間接上一個(gè)終端電阻。f. cc-link系統(tǒng)中，最大的傳輸傳送距離和各站間的距離僅取決于選擇傳輸傳送的速度。如下圖5所示，用雙絞屏蔽電纜將從站fx2n-32ccl與主站fx2n-16ccl-m連接起來(lái)。圖5 fx2n-32ccl和fx2n-16ccl-m連接圖2.2 可編程序控制器(plc)本項(xiàng)目醫(yī)院智能監(jiān)控系統(tǒng)模擬了一個(gè)監(jiān)控室和兩個(gè)病房，主站是在監(jiān)控室內(nèi)，兩個(gè)從站在分別的兩個(gè)病房?jī)?nèi)，我們選用了三個(gè)型號(hào)都為三菱fx3u-48m的plc。2.2.1 fx3u簡(jiǎn)介首先，fx3u系列plc的基本功能得到了大幅度的提升?；局噶頲pu處理速度達(dá)到了0.065us，而且內(nèi)置了高達(dá)64k步的大容量r

17、am存儲(chǔ)器，通過(guò)cc-link網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展可以實(shí)現(xiàn)最多達(dá)384點(diǎn)的控制，大幅增加了內(nèi)部軟元件的數(shù)量。其次，fx3u系列plc中集成了多項(xiàng)業(yè)界領(lǐng)先的功能。晶體管輸出型的基本單元內(nèi)置了3軸獨(dú)立最高100khz的定位功能，并且增加了新的定位指令：帶dog搜索的原點(diǎn)回歸（dszr），中斷單速定位（dvit）和表格設(shè)定定位（tbl），從而使得定位控制功能更加強(qiáng)大，使用更為方便。最后，fx3u系列plc還專門強(qiáng)化了以下功能。fx3u系列專門增強(qiáng)了通信的功能，其內(nèi)置的編程口可以達(dá)到115.2kbps的高速通信，而且最多可以同時(shí)使用3個(gè)通信口（包括編程口在內(nèi)），fx3u系列此次新增加了高速輸入輸出適配器，模擬量

18、輸入輸出適配器和溫度輸入適配器，這些適配器不占用系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)，使用方便。其中通過(guò)使用高速輸出適配器可以實(shí)現(xiàn)最多4軸、最高200khz的定位控制，通過(guò)使用高速輸入適配器可以實(shí)現(xiàn)最高200khz的高速計(jì)數(shù)。綜上所述，fx3u系列不僅基本性能大幅提升，而且集成業(yè)界領(lǐng)先的功能，具有強(qiáng)大的擴(kuò)展性，符合ce和ul/cul標(biāo)準(zhǔn)。在其程序編輯時(shí)，所需要的的plc編程軟件需要gx developer8.23z以上版本。所以，本設(shè)計(jì)就是采用了fx3u-48m的plc對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行控制。2.2.2 fx3u的編程使用本設(shè)計(jì)采用的fx3u-48m plc，它的輸入端子x點(diǎn)數(shù)有24個(gè)，輸出端子y點(diǎn)數(shù)有24個(gè)。當(dāng)使用時(shí)接線必

19、須將輸入端的s/s端子和24v端子并聯(lián)，該型號(hào)輸入點(diǎn)的0v就是該型號(hào)的com端，與fx2n型號(hào)的plc不同。如圖6所示。本設(shè)計(jì)只占用了輸入端子，并沒(méi)有輸出。圖6 接線端子fx3u的編程方式有三種，分別是指令表編程、梯形圖編輯和sfc（stl步進(jìn)梯形圖)編程。我們采用的是sfc編程，這種編程方式是根據(jù)機(jī)械的動(dòng)作流程進(jìn)行順控設(shè)計(jì)的輸入，可以轉(zhuǎn)換成指令表程序和梯形圖程序。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)通過(guò)這種編程的方式能很快的查找出來(lái)，并很快的解決恢復(fù)設(shè)備的正常工作。2.3人機(jī)界面考慮為了使檢測(cè)信號(hào)實(shí)時(shí)集中化，而且能讓實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)清晰的直觀顯示，便于醫(yī)護(hù)人員查看，本項(xiàng)目暫時(shí)選擇了一種能實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示而且便于醫(yī)護(hù)人員操作

20、的人機(jī)界面，型號(hào)為三菱gt1155的觸摸屏。2.3.1觸摸屏的定義觸摸屏（touch panel）是一種附加在顯示器表面的透明介質(zhì)。通過(guò)使用者的手指觸摸該介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)的操作定位，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)的查詢和輸入，從而大大簡(jiǎn)化了計(jì)算機(jī)的輸入方式，真正實(shí)現(xiàn)了零距離操作。觸摸屏技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)非常廣闊，適用于家用電器、自動(dòng)控制設(shè)備面板以及像醫(yī)療設(shè)備這樣需要擦拭清潔的應(yīng)用場(chǎng)合。2.3.2 gt1155的連接接口標(biāo)準(zhǔn)由以下三類rs232：用于與個(gè)人計(jì)算機(jī)（gt designer2）或連接機(jī)器通信。rs422：用于與連接器通信。usb：用于與個(gè)人計(jì)算機(jī)（gt designer2）通信。如圖7所示：圖7 通

21、信接口在觸摸屏gt1155使用時(shí)，本設(shè)計(jì)的程序傳輸我們用的是usb的傳輸接口，通過(guò)usb線將我們編輯好的觸摸屏程序傳入觸摸屏內(nèi)，為了讓數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，我們利用通訊線連接到rs232接口，將主站內(nèi)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地顯示在觸摸屏上。2.4 a/d模塊的選擇由于plc是不能直接計(jì)算模擬量數(shù)據(jù)的，必須通過(guò)外部的模塊將模擬量轉(zhuǎn)換成plc所能識(shí)別出的數(shù)字量。本項(xiàng)目采用了三菱型號(hào)為fx0n-3a的a/d轉(zhuǎn)換模塊由傳感器發(fā)出信號(hào)經(jīng)過(guò)該模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳送到plc。2.4.1 fx0n-3a的概述fx0n-3a包含兩路輸入通道和一路輸出通道。輸出通道將外部的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的數(shù)字信號(hào)（a/d轉(zhuǎn)換），輸出通道將內(nèi)部的

22、數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成外部的摸擬信號(hào)（d/a轉(zhuǎn)換）。根據(jù)接線不同，可以選擇電壓信號(hào)或電流信號(hào)的模擬輸入或者輸出，模擬輸入通道或模擬輸出通道的可接受范圍為dc 010v、dc 05v或dc 420ma。fx0n-3a可以連接到fx1n、fx2n、fx1nc或fx2nc系列的可編程控制器,所有的數(shù)據(jù)傳輸和參數(shù)設(shè)置均通過(guò)plc程序進(jìn)行控制與調(diào)整。2.4.2 fx0n-3a的使用兩路輸入通道均為同一特性，不可以混合使用電壓輸入和電流輸入。當(dāng)使用電流輸入時(shí)，應(yīng)確保vin端子和iin端子短路連接（電壓輸入時(shí)不可短路連接）。當(dāng)電壓輸入或輸出存在波動(dòng)或大量噪聲時(shí)，應(yīng)在位子2出連接0.10.47uf 25v dc的電容

23、。端子配線，如圖8所示：圖8 端子配線3 信號(hào)監(jiān)測(cè)與輸入接口根據(jù)系統(tǒng)需求和各模塊使用特點(diǎn)，我們選擇了fx3u-48mr作為主站plc和從站plc，選擇了fx2n-16ccl-m作為主站通訊模塊、fx2n-32ccl作為從站通訊模塊，用fx0n-3a作為a/d、d/a轉(zhuǎn)換接口，用gt1155作為人機(jī)接口界面，這些智能模塊構(gòu)成了我們系統(tǒng)的骨架。為了能夠檢測(cè)輸液終了、體溫、心率等信號(hào)，我們?yōu)橄到y(tǒng)配備和設(shè)計(jì)了適當(dāng)?shù)臋z測(cè)部件和接口電路。3.1 輸液終了檢測(cè)3.1.1 器件選用對(duì)射光電傳感器又稱之為光纖式光電接近開(kāi)關(guān)（簡(jiǎn)稱光電式光電開(kāi)關(guān)）也是光纖傳感器的一種，光纖傳感器傳感部分沒(méi)有絲毫電路連接，不產(chǎn)生熱量

24、，只利用很少的光能，這些特點(diǎn)使光纖傳感器成為危險(xiǎn)環(huán)境下的理想選擇。光纖傳感器還可以用于設(shè)備的長(zhǎng)期高可靠穩(wěn)定的監(jiān)視。相對(duì)于傳統(tǒng)的傳感器光纖傳感器具有下述優(yōu)點(diǎn)：抗電磁干擾、可工作于惡劣環(huán)境，傳輸距離遠(yuǎn)，使用壽命長(zhǎng)，此外，由于光纖頭具有較小的體積，所以可以安裝在很小空間的地方。光釬放大器則根據(jù)需要來(lái)放置。所以本設(shè)計(jì)采用光纖式的對(duì)射光電傳感器，型號(hào)為omron e3x-na11。e3x-na11型光纖放大器除了動(dòng)作顯示燈以外，還裝有表示光亮條數(shù)的顯示燈用來(lái)判斷信號(hào)強(qiáng)弱。如圖9所示：圖9 顯示信號(hào)強(qiáng)弱判斷對(duì)射光纖傳感器由光纖檢測(cè)頭、光纖放大器兩部分組成，放大器和光纖檢測(cè)頭是分離的兩個(gè)部分。光纖檢測(cè)頭分別

25、為一個(gè)發(fā)光端、一個(gè)光的接收端，分別連接到光釬放大器。對(duì)射光電放大器結(jié)構(gòu)如圖10a所示以及靈敏讀調(diào)節(jié)如圖10b所示，用專業(yè)螺絲刀順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)整靈敏度調(diào)整旋鈕可增大傳感器的靈敏度，反之則減小。(a) (b)圖10 光電傳感器結(jié)構(gòu)以及靈敏度調(diào)節(jié)在對(duì)射光電傳感器的安裝過(guò)程中，首先將光纖檢測(cè)頭固定，將光纖放大器安裝在導(dǎo)軌上或其它位置上，然后將光纖檢測(cè)頭的尾端兩條光纖分別插入對(duì)射光電放大器的兩個(gè)光釬孔內(nèi)，再根據(jù)圖10進(jìn)行plc電氣接線。在進(jìn)行plc電氣接線時(shí)應(yīng)注意根據(jù)導(dǎo)線顏色判斷電源極性和信號(hào)輸出線。傳感器與plc的電氣接線原理圖，如圖12所示：圖11 接線圖3.1.2光學(xué)原理輸液終了檢測(cè)原理是利用空氣和

26、藥液（主要是水）的折射率不同來(lái)進(jìn)行判斷檢測(cè)的。如圖12所示，為垂直平面內(nèi)光線折射對(duì)比圖（在圖中我們忽略了瓶的厚度及瓶所產(chǎn)生的折射），當(dāng)瓶中仍有足夠的液體時(shí)，從a點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)液體的折射最終射向b點(diǎn)，如12a所示；當(dāng)瓶中液體不足時(shí)，從a點(diǎn)發(fā)出的光線沒(méi)有經(jīng)過(guò)液體的折射，所以最終射向c點(diǎn)，如圖12b所示。圖12 垂直面光線折射對(duì)比圖如圖13所示，為水平面內(nèi)光線折射對(duì)比圖，當(dāng)瓶中仍有足夠的液體時(shí)，從a點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)液體的折射最終射向b點(diǎn)，如圖13a所示；當(dāng)瓶中液體不足時(shí)，從a點(diǎn)發(fā)出的光線沒(méi)有經(jīng)過(guò)液體的折射，所以最終射向c點(diǎn)，如圖13b所示。(a) (b)圖13 水平面光線折射對(duì)比圖綜合圖12、圖1

27、3的情況，不管是在垂直面內(nèi)還是在水平面內(nèi)，當(dāng)液面低于檢測(cè)面時(shí)，光線總會(huì)因失去液體折射而改變方向，于是我們選用光纖對(duì)射傳感器來(lái)進(jìn)行輸液終了檢測(cè)。發(fā)射光纖放在a處沿箭頭所指方向射出，接收光纖放在b處，與b處箭頭方向相對(duì)放置，這樣當(dāng)瓶中液體充足時(shí)就能夠在b處就能接收到光信號(hào)，而當(dāng)瓶中液體液面下降到檢測(cè)面以下時(shí)，b處就不能接收到光信號(hào)，從而發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示監(jiān)控或醫(yī)務(wù)人員對(duì)該病人進(jìn)行輸液終了處理工作。該信號(hào)為開(kāi)關(guān)量信號(hào)，選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，將傳感器信?hào)端直接接plc的輸入端即可。3.2 心率檢測(cè)3.2.1器件選用心率傳感器利用特定波長(zhǎng)紅外線對(duì)血管末端血液微循環(huán)產(chǎn)生的血液容積變化的敏感特性，檢測(cè)由于心臟的

28、跳動(dòng),引起手指指尖的血容積發(fā)生相應(yīng)的變化，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、調(diào)理等電路處理。其中hkg-07a輸出同步于脈搏跳動(dòng)的脈沖信號(hào)，從而計(jì)算出脈率，該紅外脈搏傳感器主要用于臨床上脈率的測(cè)量、監(jiān)測(cè)和脈搏波的病理分析。其技術(shù)參數(shù)，如圖表1所示：表1 心率傳感器技術(shù)參數(shù)參數(shù)最小值典型值最大值單位備注工作電壓512v工件電流40mahkg-07a20hkg-07b工件環(huán)境溫度-4085oc儲(chǔ)存環(huán)境溫度-40125oc輸出幅度v-1vhkg-07a0.21vhkg-07bhkg-07a紅外脈搏傳感器輸出波形，如圖14所示： 圖14 hkg-07a紅外脈搏傳感器輸出波形圖使用提示（hkg-07a）：使用時(shí)被測(cè)者保持安

29、靜，提高脈率測(cè)量準(zhǔn)確性的方法有正確識(shí)別有效脈沖信號(hào)、求前數(shù)個(gè)脈沖周期的平均值等、設(shè)定脈率量程等方法。接口說(shuō)明，如圖15所示：圖15 hkg-07a紅外脈搏傳感器接口說(shuō)明圖3.2.2檢測(cè)原理心率就是單位時(shí)間內(nèi)心跳的次數(shù)，有時(shí)也稱脈搏。我們選用hkg-07a紅外脈搏傳感器，傳感器輸出信號(hào)為方波信號(hào)，在plc輸入端與這一信號(hào)之間加一光耦進(jìn)行光電隔離，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有效輸入。如圖16所示，為心率檢測(cè)接口電路簡(jiǎn)圖。圖16 心率檢測(cè)接口電路3.3體溫檢測(cè)3.3.1 器件選用pt100溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，主要技術(shù)參數(shù)如下： a.測(cè)量范圍：-200+850； b.允許偏差值：a級(jí)（0.150

30、.002t）， b級(jí)（0.300.005t）； c.最小置入深度：熱電阻的最小置入深度200mm； d.允通電流 5ma。 另外，pt100溫度傳感器還具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。鉑熱電阻的線性較好，在0100攝氏度之間變化時(shí)，最大非線性偏差小于0.5攝氏度。傳感器如下圖17所示：圖17 pt100傳感器封裝圖3.3.2 檢測(cè)原理用熱敏鉑電阻作為探頭，構(gòu)成如圖18的放大電路，輸出信號(hào)連接到fx0n-3a的電壓輸入端，接地端與fx0n-3a的公共端相連接。圖18 體溫檢測(cè)放大電路4智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖19所示，醫(yī)院智能輸液與主要生理指標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)模擬了

31、一個(gè)主監(jiān)控室和兩個(gè)病房，兩個(gè)病房都是通過(guò)外部的對(duì)射傳感器檢測(cè)輸液是否終了和心率傳感器檢測(cè)人體脈搏次數(shù)，將集取的信號(hào)分別傳送到兩個(gè)從站plc內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算，再由溫度傳感器檢測(cè)出人體溫度的模擬量信號(hào)通過(guò)d/a模塊轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)量信號(hào)分別傳送到兩個(gè)從站plc內(nèi)進(jìn)行運(yùn)算，將得出的所有信號(hào)通過(guò)cc-link通訊傳送到主監(jiān)控室內(nèi)的主站中，在由主站將所有采集的信息通過(guò)人機(jī)界面清晰、直觀、實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)。這就是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。圖19 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 4.2人機(jī)界面報(bào)警示意圖醫(yī)院輸液與主要生理指標(biāo)智能監(jiān)控室的人機(jī)界面設(shè)計(jì)圖以及各個(gè)監(jiān)控畫面講解如下所示?？偙O(jiān)控界面，如圖20所示:醫(yī)院輸液與主要生理指標(biāo)智能

32、監(jiān)控室的總監(jiān)控畫面按鈕有輸液監(jiān)控按鈕、體溫和心率監(jiān)控按鈕和單站演按鈕(單站演示整個(gè)工作過(guò)程暫不使用，只用于調(diào)試)。當(dāng)按下輸液監(jiān)控按鈕時(shí)，畫面將會(huì)進(jìn)入輸液終了的集體監(jiān)控界面；當(dāng)按下體溫和心率監(jiān)控按鈕時(shí)，畫面將進(jìn)入一號(hào)病房和二號(hào)病房集中監(jiān)控界面；當(dāng)按下單站演示按鈕時(shí)，畫面將進(jìn)入單站演示調(diào)試界面。 圖20 總監(jiān)控界面輸液終了集體監(jiān)控界面，如圖21所示：當(dāng)在總監(jiān)控界面按下輸液監(jiān)控按鈕時(shí)，進(jìn)入了輸液終了的集體監(jiān)控界面，將會(huì)出現(xiàn)一號(hào)病床和二號(hào)病床的報(bào)警指示燈，在輸液過(guò)程中報(bào)警指示燈為綠色，當(dāng)輸液終了時(shí)，指示燈將出現(xiàn)警報(bào)提示，此時(shí)燈為紅色，在該頁(yè)面的左下角有解除報(bào)警按鈕和主畫面按鈕，當(dāng)醫(yī)護(hù)人員按下報(bào)警解除按

33、鈕時(shí)，該報(bào)警指示燈又重回到綠燈狀態(tài)。當(dāng)按下主畫面按鈕時(shí)畫面又切換到總監(jiān)控界面下。在該頁(yè)的右下角有體溫心率按鈕，當(dāng)將該按鈕按下時(shí)畫面將會(huì)切入到一號(hào)病房和二號(hào)病房的體溫與心率的集中監(jiān)控界面。圖21 輸液情況集體監(jiān)控圖一號(hào)病房和二號(hào)病房體溫與心率集中監(jiān)控界面，如圖22所示：當(dāng)在主畫面按下體溫心率監(jiān)控按鈕時(shí)，畫面將進(jìn)入到一號(hào)病房和二號(hào)病房體溫與心率集中監(jiān)控界面，當(dāng)體溫在正常的情況下，體溫報(bào)警只是燈為綠色。當(dāng)人體體溫高于正常溫度時(shí)，體溫過(guò)高的報(bào)警指示燈將變?yōu)榧t色提示報(bào)警；當(dāng)人體體溫低于正常溫度時(shí)，體溫過(guò)低的報(bào)警指示燈將變?yōu)榧t色提示報(bào)警；當(dāng)醫(yī)護(hù)人員按下報(bào)警解除按鈕時(shí)，體溫過(guò)高或過(guò)低的指示燈將回到綠燈狀態(tài)。

34、當(dāng)人體心率高于正常心率時(shí)，心率過(guò)高的報(bào)警指示燈將變?yōu)榧t色提示報(bào)警；當(dāng)人體心率低于正常心率時(shí)，心率過(guò)低的報(bào)警指示燈將變?yōu)榧t色提示報(bào)警；當(dāng)醫(yī)護(hù)人員按下報(bào)警解除按鈕時(shí)，心率過(guò)高或過(guò)低的指示燈將回到綠燈狀態(tài)。當(dāng)按下體溫心率報(bào)警界面左下角按下主畫面按鈕時(shí)畫面將切換到主界面，當(dāng)按下該畫面右下角的返回時(shí)，畫面將會(huì)被切換到一號(hào)病床的體溫與心率的監(jiān)控畫面。圖22 體溫與心率集中報(bào)警界面一號(hào)病床體溫與心率監(jiān)控界面，如圖23a所示：當(dāng)在體溫心率報(bào)警界面按下右下角返回時(shí)，進(jìn)入一號(hào)病床體溫與心率的監(jiān)控界面，當(dāng)人體在測(cè)量體溫是，一號(hào)病床將會(huì)顯示出實(shí)時(shí)的人體體溫，讓醫(yī)護(hù)人員一目了然，該畫面檢測(cè)心率分為粗測(cè)和精確測(cè)量，心率粗

35、測(cè)是計(jì)算人體15秒鐘跳的脈搏次數(shù)，一分鐘有4個(gè)15秒，所以在乘以4得出的結(jié)果將是人體的粗測(cè)心率。精確測(cè)量就是人體在一分鐘內(nèi)的具體脈搏次數(shù)。粗測(cè)15秒就能顯示出來(lái)，精確測(cè)量60秒就能測(cè)出來(lái)。當(dāng)按下左下角的測(cè)試開(kāi)始按鈕時(shí)，數(shù)據(jù)將會(huì)清零重測(cè)；當(dāng)按下左下角主畫面按鈕時(shí)，畫面將會(huì)進(jìn)入主界面；當(dāng)按下右下角返回按鈕時(shí)，畫面將會(huì)被切入到二號(hào)病床體溫與心率的界面。(a) (b)圖23 一號(hào)病床體溫與心率實(shí)時(shí)監(jiān)控界面二號(hào)病床體溫與心率監(jiān)控界面，如圖23b所示。二號(hào)病床的檢測(cè)方法和一號(hào)病床相同，當(dāng)按下該圖右下角返回按鈕時(shí)，畫面將返回到一號(hào)病床體溫與心率的實(shí)時(shí)監(jiān)控界面。5 醫(yī)院智能監(jiān)控系統(tǒng)系設(shè)計(jì)醫(yī)院輸液與主要生理指標(biāo)智能監(jiān)控系統(tǒng)的cad設(shè)計(jì)，如圖26所示。cad設(shè)計(jì)圖分為六個(gè)模塊，病房的兩個(gè)傳感器模塊、一個(gè)主站模塊、兩個(gè)從站模塊和一個(gè)人機(jī)界面模塊。傳感器模塊里面主要有三個(gè)傳感器，光電傳感器、溫度傳感器和心率傳感器。還