靜脈無線輸液監(jiān)控系統(tǒng)的設計 設計

1、摘 要靜脈輸液是我國目前臨床治療中最主要的一種輸液方式,在實踐工作中,醫(yī)護人員一般是靠經驗和觀察通過轉動輸液器上的滑輪對滴速進行手動調節(jié)的,這種方法經常會出現(xiàn)一些異常情況:一是臨床經驗不是很豐富的醫(yī)護人員對滴速的把握就不會很準確,容易造成輸液速度過快導致患者出現(xiàn)不適或速度過慢而影響治療效果;二是若輸液時間較長,容易導致醫(yī)護人員和患者的疏忽,增加醫(yī)療事故隱患。三是需要隨時監(jiān)控輸液情況,加大了醫(yī)護人員的工作任務。因此提高輸液系統(tǒng)的智能化和自動化以及降低輸液過程中的隱患勢在必行。為實現(xiàn)輸液的自動!準確和非接觸測量,設計一種紅外線輸液光電計數(shù)傳感器。通過對不同濃度和性質的藥液每毫升所含的液滴數(shù)的實驗數(shù)

2、據分析,發(fā)現(xiàn)大多數(shù)藥液每毫升所含的液滴數(shù)大致是相同的。利用液滴的數(shù)目來反映己輸液量的多少是可行的。該智能醫(yī)療輸液系統(tǒng)可以對多床位的液情況進行遠程監(jiān)控,能針對不同的病人設定不同的滴速,輸液出現(xiàn)異常情況時會產生報警,液體輸完時可自動切換至另一瓶。本智能醫(yī)療輸液系統(tǒng)可以提高醫(yī)院的服務水平和服務質量,減少輸液過程中出現(xiàn)的醫(yī)療事故,增強醫(yī)院市場競爭力。關鍵字：液滴檢測；遠程監(jiān)控；光電傳感器；nRF905AbstractVein infusion is the most signifieant way of clinieal treatments in China.Through obsewation a

3、nd experience , nurses usually turn the Pulley by hand to adjust the speed of infusionin Praetie . But this method often leads to avariety of abnormal situations : Firstly , for some nurses of Poor clinical experience theycould not control the drip rate very aeeurately , that is to say , infusion sp

4、eed is Either too fast to make Patients discomfort or too slow to influence the treatment effects ; Secondly , the longer infusion time could easily result in the negligence of patients and increase medical risks ; Thirdly the need to keep monitoring the situation of infusion adds the workloads of m

5、edical staff . Thereby, it is imperative to enhance the intelligence and automation of infusion system and decrease the risks in the transfusion proeess.In order to realize the infusion automatically and accurately and the non-contact survey,a count-Photoelectticity-infrared ray sensor is designed.P

6、ass to the different density and the infusion fluid each of the property contain of the experiment data analysis of thedropping number,diseovered majority infusion fluid each milliliter institute contains thedropping number approximately is same.Make use of dropping number to reflect the transfusion

7、 volume how many is feasible.This intelligent medical infusion system can remote monitor the situations of multi-bed infusion,set different drip rates for various patients,produce an alarm when the unusual infusion circumstance happens,and automatically switch to another bottle when the liquid uses

8、up.This proposed intelligent medical infusion system can elevate the hospitals service level and quality of service,cut down on occurrences of medical malpractice during infusion,and enhance the market competitiveness of the hospital. Keywords： examining drop ; remote monitoring : photoelectric sens

9、or : NRF-905目 錄摘要IAbstractII1 緒論11.1 選題背景11.2 輸液無線檢測系統(tǒng)國內外現(xiàn)狀11.3 輸液無線檢測系統(tǒng)的應用前景31.4 本文主要內容32 系統(tǒng)總體設計42.1 系統(tǒng)總體框圖43 無線輸液監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計53.1系統(tǒng)總體設計53.2 輸液監(jiān)控外圍電路設計53.2.1 紅外對管的選擇53.2.2 外圍電路的設計83.3 NRF905無線傳輸模塊設計93.3.1 NRF905無線傳輸模塊選擇93.3.2 無線傳輸模塊設計103.4 控制芯片153.5 LCD1602液晶顯示模塊203.5.1 顯示模塊的選擇203.5.2 顯示模塊的設計214 無線輸液監(jiān)

10、控系統(tǒng)的軟件設計234.1 下位機的軟件系統(tǒng)的總體設計234.2 Flash讀寫模塊程序設計244.3 液滴數(shù)據采集部分識別284.4 數(shù)據顯示子程序設計304.5 無線收發(fā)模塊設計34結論38致謝39參考文獻401.緒論1.1 選題背景遠程監(jiān)控系統(tǒng)是指利用計算機與網絡通信等手段讓管理人或調度人員能夠看到過去只有操作人員才能看到的遠方現(xiàn)場的設備運行數(shù)據和狀態(tài)的實時信息，同時監(jiān)控中心對遠程的現(xiàn)場進行監(jiān)視和控制，也就要是人們常稱的遙測，遙信，遙控和遙調。在醫(yī)療上遠程監(jiān)控越來越廣泛的被使用，遠程醫(yī)療己經成為時代的需要未來學家阿爾文托夫勒曾經預言，未來醫(yī)療活動中，醫(yī)生將面對計算機，根據屏幕顯示的從遠方

11、傳來的病人的各種信息對病人進行診斷和治療，現(xiàn)在人們正將這個預言變成現(xiàn)實。近幾十年來，隨著計算機技術，網絡通訊技術，微電子技術和自動控制技術的發(fā)展和應用，國內外遠程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)技術的水平也不斷的提高。目前，醫(yī)院內以計算機為基礎的病人床邊監(jiān)護與中央集中監(jiān)護系統(tǒng)，已能通過各種方式與各類信息系統(tǒng)相連接，組成一個集數(shù)據，波形，語音，圖像為一體的有線與無線相結合的信息網絡。在這個網絡中可通過各種有線和無線傳輸方式，將急救現(xiàn)場，急救車，診療船，直升機，家庭診療所，鄉(xiāng)村醫(yī)院等與急救中心和大型醫(yī)院相聯(lián)通，為人類提供在任何地方，任何時候實行遠程監(jiān)護與醫(yī)療診斷。這一現(xiàn)代技術目前正悄悄地進入醫(yī)院，家庭以及任何載人的運

12、輸工具(汽車，火車，船舶，飛機，宇宙飛船等)中，并直接為工作中，行走中和飛行中的個人保健服務。輸液(俗稱打點滴)是臨床醫(yī)學上最常用的治療手段。在病人輸液的過程中，往往由于病人體質虛弱，昏迷，入睡或者醫(yī)護人員正在別處忙碌等而無法留意到輸液的全過程，從而需要專人監(jiān)護，加重了護理人員的勞動負擔，也不利于病區(qū)的綜合管理。當輸液完畢，若處理不及時，病人的血液就會因空管而倒流人輸液針管內，時間稍長會使扎針處嚴重腫脹。若處理過早，即藥液還未完全輸盡就摘瓶取管則又會造成藥液的浪費等等。因此常引發(fā)病人的不滿以至投訴，使醫(yī)護人員非常無奈。本課題就是針對上述情況，通過遠程監(jiān)控的方法實現(xiàn)醫(yī)院輸液情況的遠程實時監(jiān)測，并

13、通過計算機來實現(xiàn)輸液數(shù)據的實時顯示和存儲，以及在特殊情況下的報警。本課題對實現(xiàn)醫(yī)院現(xiàn)代化，信息化有巨大的推動作用。1.2 輸液無線檢測系統(tǒng)國內外現(xiàn)狀國外在幾十年前對輸液報警技術就已經有了一些基本的研究，并且也研制出來一些新產品。如輸液泵，一種多功能輸液控制器，它可以精確地控制輸液速度，并實現(xiàn)輸液阻塞，氣泡混入和輸液完成報警。目前，國內己有同類產品出現(xiàn)，如智能監(jiān)控裝置有靜脈輸液測速器和浮墊自動關閉式輸液器，但因其功能也是側重于精確輸液控制，加上依然不菲的價格，所以也只能是和進口輸液泵爭一點市場份額，而未能在各級醫(yī)院大面積的普及推廣。由于精確輸液只對少數(shù)特殊病人和特殊藥品才具有實際意義，而且規(guī)范操

14、作下，輸液阻塞，氣泡混入是可以避免的，因此，在輸液過程中，輸液完成報警問題就成為了人們最為關注的問題，以至輸液完成報警器的研制成了近幾年來的一個熱門課題，根據近期對國家知識產權局專利信息的查詢，目前已有67種輸液完成報警器專利技術，但由于各專利技術或多或少都存在著這樣或那樣的缺陷，諸如安全性，可靠性，成本及操作方便程度等問題，致使真正轉化為產品的專利并不多。據不完全統(tǒng)計，目前僅有北京，西安，廣州，山東菏澤等地區(qū)推出了該類產品，轉化率不足專利技術的1/10而且臨床應用推廣情況不太理想，其原因可能就與客戶對這些技術或產品本身的安全性，可靠性，操作的方便與否以及價格等因素的認可有關，作為一種醫(yī)療器械

15、，安全性，可靠性是基礎，作為一種只有普及到每一位輸液病人才有實際意義的產品，使用方便和足夠低的價格又是一種基本要求，所以，這種產品即便安全性，可靠性得到了充分保證，但如果沒有簡便的操作和足夠低的價格作支撐，要想順利推廣是不可能的。目前國內外常見的輸液報警監(jiān)控技術主要是對輸液完成信息的提取，它概括起來共有5種方法：電極法它是從輸液瓶口插入2根電極，利用藥物的導電特性來檢驗瓶內藥物是否用完。毫無疑問，該技術具有較低的成本，但存在著安全隱患，藥物特性是否會因通電而受到影響，還有電極的消毒問題。測重法它是利用彈簧秤或壓力傳感器或電磁感應開關(干簧管)根據藥物重量變化來判斷藥液輸完與否，方法雖然簡便，但

16、其可靠性和適應性(對袋裝及塑料瓶裝液體不宜)無疑受到質疑。液面檢測法通過固定在輸液瓶或輸液管上的光電傳感器(有采用半導體激光的，也有采用紅外光的)利用液面下降到預定位置時對光的反射或折射情況的變化來判斷藥物輸完與否。其中檢測瓶內液面的，同樣可靠性及適應性受到質疑，而且采用激光光源的還將帶來一個高成本問題。超聲回波檢測法它是通過脈沖信號激勵超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波，當超聲波到達輸液瓶中液面后被液面反射回到超聲波接收器，通過檢測超聲波從發(fā)射到接收所需的時間，再根據超聲波在介質中傳播的速度及儀器安裝高度，即可得出輸液瓶中高度。具有非接觸的特點，且性能可靠!安全性好，具有實用價值，但是由于超聲波探頭價格

17、昂貴及安裝操作復雜，也阻礙了超聲回波技術在靜脈輸液檢測中的應用。液滴計數(shù)法它是根據臨床醫(yī)學的有關知識，一定量(以毫升為計量單位)的藥液其輸液量與藥滴數(shù)有關，一般來說從莫非管式滴管滴落的每一滴為1/20毫升，或者是每20滴液滴總計一毫升。因此只要能檢測液滴滴數(shù)，即可檢測到藥液的輸入量。這種技術由于操作方便!價格便宜，且可靠性，實用性好它已經得到了大量的使用。1.3 輸液無線檢測系統(tǒng)的應用前景近年來，醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展，使計算機網絡管理成為現(xiàn)代化醫(yī)院的一個重要標志。尤其是在醫(yī)療監(jiān)控領域，提出了多元化，信息化，個性化的醫(yī)療監(jiān)控需求?，F(xiàn)代科技的進步和發(fā)展，為醫(yī)學監(jiān)護技術提供了創(chuàng)新條件和新的發(fā)展空間，然而醫(yī)

18、療監(jiān)護技術和設備的發(fā)展仍不能滿足醫(yī)院，病人，家庭和人身健康各方面所提出的要求。因此網絡化遠程醫(yī)療監(jiān)控設備己具有迫切的市場需求和廣闊的市場前景。在輸液遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，信號提取是醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)工作的首要前提。醫(yī)療輸液信號自動檢測和傳輸也是信號提取的過程，醫(yī)療工作人員常常需要檢測和控制液體的儲量或液位，如人工腎機的透析儲液罐中液儲量，自動洗胃機中沖洗液的液量，中醫(yī)使用的藥浴機中煎藥鍋中的水位，靜脈輸液液體量檢測等等。如果對儀器中液體儲量疏于監(jiān)測，在液體儲量失控情況下或者在可能會給患者帶來傷害甚至危機其生命通過對這些液體儲量的監(jiān)測，醫(yī)護人員便可以隨時了解液體余量，并能在液體缺少時及時自動和人工補充或者采

19、取其他措施，維護醫(yī)療設備的安全運行。因此，如何更好地對醫(yī)療液位進行監(jiān)測，一直是醫(yī)學工程人員考慮較多的課題之一。1.4 本文主要內容為了實現(xiàn)醫(yī)院的輸液無線遠程控制，本文主要研究工作如下：本課題主要利用單片機來完成實時監(jiān)測輸液進度，為了完成這個測量控制系統(tǒng)的任務需要做以下研究：(1)根據輸液室的液瓶莫非管的大小，選擇紅外傳感器。(2)設計液滴滴速檢測系統(tǒng)，使之具有多點測量及無線通訊功能。(3)控制單元軟硬件設計。(4)溫度數(shù)據顯示程序的設計。2 系統(tǒng)總體設計2.1 系統(tǒng)總體框圖本設計是基于單片機對產生數(shù)字信號的高敏感，紅外傳感器和無線傳輸模塊NRF905的數(shù)字處理系統(tǒng)。系統(tǒng)包括STR89C52單片

20、機、復位電路、溫度檢測、鍵盤及顯示、報警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設計。系統(tǒng)的總體框圖如下圖2-1所示。STR89C52STR89C52紅外傳感器LCD顯示NRF905NRF9055電源模塊電源模塊 圖 2-1 系統(tǒng)的總體框圖3 無線輸液監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計3.1系統(tǒng)總體設計最小系統(tǒng)是由保證處理器可靠工作所必須的基本電路組成的，主要包括電源電路、時鐘電路、復位電路和JTAG接口電路。系統(tǒng)電路圖如下圖3-1所示。圖 3-1 系統(tǒng)電路圖3.2 輸液監(jiān)控外圍電路設計3.2.1 紅外對管的選擇在光譜中波長自0.76至400微米的一段稱為紅外線，紅外線是不可見光線。醫(yī)用紅外線可分為兩類：近紅外線與遠紅外線。紅

21、外線發(fā)射管在LED封裝行業(yè)中主要有三個常用的波段，如下850NM、875NM、940NM。根據波長的特性運用的產品也有很大的差異，850NM波長的主要用于紅外線監(jiān)控設備，875NM主要用于醫(yī)療設備，940NM波段的主要用于紅外線控制設備。EG：紅外線遙控器、光電開關、光電計數(shù)設備等。紅外對管是紅外線發(fā)射管與光敏接收管，或者紅外線接收管，或者紅外線接收頭配合在一起使用時候的總稱。光敏接收管，它是一個具有光敏特征的PN結，屬于光敏二極管，具有單向導電性，因此工作時需加上反向電壓。無光照時，有很小的飽和反向漏電流（暗電流）。此時光敏管不導通。當光照時，飽和反向漏電流馬上增加，形成光電流，在一定的范圍

22、內它隨入射光強度的變化而增大。紅外線接收管，功能與光敏接收管相似只是不受可見光的干擾，感光面積大，靈敏度高，屬于光敏二極管，一般只對紅外線有反應。紅外線接收頭就是在紅外線接收管的基礎上增加了對微弱信號進行放大的處理的電路，類似開關電路，接收到紅外信號給出高電平（接近工作電壓），無紅外信號低電平。管子的極性不能搞錯，通常較長的引腳為正極，另一腳為負極。如果從引腳長度上無法辨識（比如已剪短引腳的），可以通過測量其正反向電阻確定之。測得正向電阻較小時，黑表筆所接的引腳即為正極。通過測量紅外發(fā)光二極管的正反向電阻，還可以在很大程度上推測其性能的優(yōu)劣。以500型萬用表R1k檔為例，如果測得正向電阻值大于

23、20k，就存在老化的嫌疑；如果接近于零，則應報廢。如果反向電阻只有數(shù)千歐姆，甚至接近于零，則管子必壞無疑；它的反向電阻愈大，表明其漏電流愈小，質量愈佳。所選擇的紅外對管如下圖3-2所示。圖3-2紅外對管實物紅外線對管的判斷方法。人們習慣把紅外線發(fā)射管和紅外線接收管稱為紅外對管。紅外對管的外形與普通圓形的發(fā)光二極管類似。初接觸紅外對管者，較難區(qū)分發(fā)射管和接收管。（1）用三用表測量識別可用500型或其他型號指針式三用表的電阻擋，測量紅外對管的極間電阻，以判別紅外對管。判據一：在紅外對管的端部不受光線照射的條件下調換表筆測量，發(fā)射管的正向電阻小，反向電阻大，且黑表筆接正極(長引腳)時，電阻小的(1k

24、20k)是發(fā)射管。正反向電阻都很大的是接收管。判據二：黑表筆接負極(短引腳)時電阻大的是發(fā)射管，電阻小并且三用表指針隨著光線強弱變化時，指針擺動的是接收管。注：（1）黑表筆接正極，紅表筆接負極時測量正向電阻。（2）電阻大是指三用表指針基本不動。（2）通電試驗方法判別用一只發(fā)光二極管和只電阻與被測的對管串聯(lián)，如圖2所示。圖中電阻起限流作用，阻值取220歐510歐。LED發(fā)光二極管用來顯示被測紅外管的工作狀態(tài)。用遙控器(電視機遙控器等)對著被測管按下遙控器的任意鍵，LED亮時，被測管是紅外接收管。不亮則是紅外發(fā)射管。測量紅外發(fā)光二極管在發(fā)射器電路上的工作電壓和工作電流，可以簡便地判定其工作善如何。

25、測量管子兩端的工作電壓時，靜態(tài)下（即沒有按鍵按下時）通常為零，而動態(tài)下（即按下某一按鍵時）將跳變?yōu)橐粋€較小的電壓值，因遙控系統(tǒng)的編碼方式、驅動電路的結構以及工作電源電壓的不同，該電壓值通常在0.070.4V之間，而且表筆還應微微顫抖。當使用數(shù)字式萬用表測量時，其測量值將普遍高于指針式萬用表測得的數(shù)值，通常在0.10.8V之間。如果出現(xiàn)靜態(tài)時表針顫抖而動態(tài)時不抖、靜態(tài)下和動態(tài)下都顫抖、靜態(tài)下和動態(tài)下均不顫抖，以及動態(tài)電壓與靜態(tài)電壓無明顯差別等現(xiàn)象，可判定紅外發(fā)光二極管工作異常，倘若驅動放大電路正常，則多為紅外發(fā)光二極管損壞。紅外發(fā)光二極管應保持清潔、完好狀態(tài)，尤其是其前端的球面形發(fā)射部分既不能存

26、在臟垢之類的污染物，更不能受到摩擦損傷，否則，從管芯發(fā)出的紅外光將產生反射及散射現(xiàn)象，直接影響到紅外光的傳播，輕者可能降低遙控的靈敏度，縮減控制距離，重者可能產生失靈，甚至遙控失效。紅外發(fā)光二極管在工作過程中其各項參數(shù)均不得超過極限值，因此在代換選型時應當注意原裝管子的型號和參數(shù)，不可隨意更換。另外，也不可任意變更紅外發(fā)光二極管的限流電阻。由于紅外光波長的范圍相當寬，故紅外發(fā)光二極管必須與紅外接收二極管配對使用，否則將影響遙控的靈敏度，甚至造成失控。因此在代換選型時，要務必關注其所輻射紅外光信號的波長參數(shù)。紅外發(fā)光二極管封裝材料的硬度較低，它的耐高溫性能更差，為避免損壞，焊點應當晝遠離引腳的根

27、部，焊接溫度也不能太高，焊接時間更不宜過長，最好用金屬鑷子夾住引腳的根部，以幫助散熱。引腳彎折開關的定型應當在焊接之前完成，焊接期間管體與引腳均不得受力。紅外線接收頭采用小型設計、內屏蔽模塊封裝，可以做紅外線解碼實驗，紅外線遙控器等等。配合遙控器完成遙控解碼及紅外遙控實驗。在紅外遙控系統(tǒng)中作為接收元件廣泛應用于1、視聽器材（如VCD、DVD、DVB、TV等）2、家庭器材（如冷氣機，電風扇、電燈等）3、紅外線搖控（如玩具等）金屬封裝紅外線接收管,適用于各類光電轉換的自控儀器,傳感器.各類光電檢測器的信號光源.根據驅動方式可獲得穩(wěn)定光.脈沖光,緩變光.常用于控制,報警等方面.持點;采用反射功能的結

28、構形式,光功率較強,低驅動電壓,易與晶體管電路匹配.結構堅固耐震.可靠性高.金屬玻璃封裝器件,耐磨耐溫性好.接收器對外只有3個引腳：Out、GND、Vcc與單片機接口非常方便（1）脈沖信號輸出接，直接接單片機的IO口。（2）GND接系統(tǒng)的地線（0V）；（3）Vcc接系統(tǒng)的電源正極（+5V）。3.2.2 外圍電路的設計外圍電路的選擇上包括兩個9013三極管，電阻六個，阻值分別為1K,4.7K兩個，12K兩個，470一個，一個發(fā)光二極管。外圍電路的仿真圖如下圖3-3所示。圖3-3 外圍電路仿真圖3.3 NRF905無線傳輸模塊設計3.3.1 NRF905無線傳輸模塊選擇本設計采用無線傳輸技術來和上

29、位機進行通訊，來獲得實時溫度數(shù)據?？梢圆捎矛F(xiàn)成的無線傳輸模塊NRF905。NRF905采用Nordic公司的是VLSI ShockBurst技術。ShockBurst使NRF905能夠提供高速數(shù)據傳輸而不需要昂貴的高速MCU來進行數(shù)據處理/時鐘覆蓋。通過將于RF協(xié)議有關的高速信號處理放到芯片內，NRF905提供給應用的MCU一個SPI接口，速率由MCU自己設定的接口速率來決定。NRF905通過ShockBurst工作模式在在RF以最大速率連接時降低數(shù)字應用部分的速率來降低應用中的平均電流消耗。在ShockBurst RX模式中，地址匹配AM和和數(shù)據就緒DR信號通知MCU一個有效地址和數(shù)據包已經

30、各自接收完成。在ShockBurst TX模式中，NRF905自動產生前導碼和CRC校驗碼，數(shù)據就緒DR信號通知MCU數(shù)據傳輸應經完成。這意味著降低MCU存儲器需求，也就是降低MCU成本同時縮短了軟件開發(fā)時間。因此NRF905廣泛應用與遙控、遙測、無線抄表、門禁系統(tǒng)、工業(yè)數(shù)據采集系統(tǒng)、無線標簽、身份識別等。其基本特性見下表3-1。表3-1 基本特性參數(shù)數(shù)值單位工作電壓1.9-3.6V最大發(fā)射功率10dBm最大數(shù)據傳輸率100kbps接收模式時工作電流12.5mA溫度范圍-40-+85接收靈敏度-100dBm掉電模式工作電流-2.5uA產品特性：(1)430/868/915Mhz高性能嵌入式模塊

31、，多頻道選擇，低電壓低功耗工作。(2)超小體積，內置環(huán)形天線，性能穩(wěn)定且不受外界影響，對電源不敏感，距離更遠。(3)最大發(fā)射功率+10dBm，高抗干擾GFSK調制，可跳頻，數(shù)據速率50kbps，獨特的載波監(jiān)測輸出，地址匹配輸出，數(shù)據就緒輸出。(4)內置完整通信協(xié)議和CRC，只通過SPI就可以完成所有無線收發(fā)傳輸，無線通信和SPI通信一樣簡單。NRF905共有四種工作模式，其中兩種活動RX/TX模式，兩種節(jié)電模式。工作模式的有TRX_CE、TX_EN和PWR_UP決定，如下表3-2所示表3-2 工作模式PWR_UPTRX_CETX_EN工作模式0XX掉電和SPI編程10XStandby和SPI編

32、程110ShockBurst RX111ShockBurst TXNRF905所有配置都通過SPI接口進行，一條SPI指令用來決定進行什么操作，SPI接口只在掉電和Standby模式下激活。如圖3-3所示SPI接口由5個寄存器組成：(1)狀態(tài)寄存器（Status-Register），包含數(shù)據就緒DR和地址匹配AM狀態(tài)。(2)RF配置寄存器（RF-Configuration Register），包含收發(fā)器頻率和輸出功率等配置信息。(3)發(fā)送地址（TX-Address），包含目標寄存器地址，字長由配置寄存器設置。有數(shù)據準備就緒DR如下圖3-4所示。圖3-4 數(shù)據準備就緒DR3.3.2 無線傳輸模塊

33、設計本設計采用的是Nordic公司的nRF905芯片開發(fā)的無線傳輸模塊。該模塊工作在433/868/915MHZ 的 ISM 頻段，由一個完全集成的頻率調制器一個帶解調器的接收器一個功率放大器一個晶體震蕩器和一個調節(jié)器組成。ShockBurst工作模式的特點是自動產生前導碼和CRC 可以很容易通過SPI接口進行編程配置電流消耗很低在發(fā)射功率為10dBm 時發(fā)射電流為30mA接收電流為12.5mA.進入POWERDOWN 模式可以很容易實現(xiàn)節(jié)電。nRF905是單片射頻收發(fā)芯片，工作于433MHz的ISM頻段，芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程

34、序進行配置。芯片能耗非常低，以10dBm的功率發(fā)射時，工作電流僅有30mA，接收時工作電流只有12.5mA，多種低功率工作模式，待機模式下電流僅為12.5A，節(jié)能設計更方便。其ShockBurst技術可在通訊時自動生成前導碼和CRC校驗位。nRF905適用于多種無線通信的場合，如無線數(shù)據傳輸系統(tǒng)、報警及安全系統(tǒng)、家庭自動化、遙感監(jiān)測、無線門禁系統(tǒng)等。422.4473.5MHz工作頻段。512個通訊頻道，滿足多點通訊、分組、跳頻等應用需求。發(fā)射功率可設置為：10dBm、6dBm、-2dBm和-10dBm。通過SPI接口與MCU連接。支持50kbps傳輸速率。ShockBurst傳輸模式，自動生成

35、前導碼和CRC校驗碼。工作電壓范圍：1.9V3.6V，待機模式下電流僅為12.5A。工作溫度范圍：-40+85。工作模式：nRF905采用Nordic公司的VLSI ShockBurst技術。ShockBurst技術使nRF905能夠提供高速的數(shù)據傳輸，而不需要昂貴的高速MCU來進行數(shù)據處理/時鐘覆蓋。通過將與RF協(xié)議有關的高速信號處理放到芯片內，nRF905提供給應用的微控制器一個SPI接口，速率由微控制器自己設定的接口速度決定。nRF905通過ShockBurst工作模式在RF以最大速率進行連接時降低數(shù)字應用部分的速度來降低在應用中的平均電流消耗。在ShockBurst RX模式中，地址匹

36、配AM和數(shù)據準備就緒DR信號通知MCU一個有效的地址和數(shù)據包已經各自接收完成。在ShockBurst TX模式中，nRF905自動產生前導碼和CRC校驗碼，數(shù)據準備就緒DR信號通知MCU數(shù)據傳輸已經完成?？傊?，這意味著降低MCU的存儲器需求也就是說降低MCU成本，又同時縮短軟件開發(fā)時間。(1)典型ShockBurst TX模式：當應用MCU有遙控數(shù)據節(jié)點時，接收節(jié)點的地址TX-address和有效數(shù)據TX-payload通過SPI接口傳送給nRF905應用協(xié)議或MCU設置接口速度；MCU設置TRX_CE、TX_EN為高來激活nRF905 ShockBurst傳輸；nRF905 ShockBur

37、st：l無線系統(tǒng)自動上電l數(shù)據包完成（加前導碼和CRC校驗碼）l數(shù)據包發(fā)送（100kbps，GFSK，曼切斯特編碼）如果AUTO_RETRAN被設置為高nRF905將連續(xù)地發(fā)送數(shù)據包直到TRX_CE被設置為低；當TRX_CE被設置為低時，nRF905結束數(shù)據傳輸并自動進入standby模式。(2)典型ShockBurst RX模式通過設置TRX_CE高，TX_EN低來選擇ShockBurst模式；650us以后，nRF905監(jiān)測空中的信息；當nRF905發(fā)現(xiàn)和接收頻率相同的載波時，載波檢測CD被置高；當nRF905接收到有效的地址時，地址匹配AM被置高；當nRF905接收到有效的數(shù)據包（CRC

38、校驗正確）時，nRF905去掉前導碼、地址和CRC位，數(shù)據準備就緒（DR）被置高；MCU設置TRX_CE低，進入standby模式低電流模式；MCU可以以合適的速率通過SPI接口讀出有效數(shù)據；當所有的有效數(shù)據被讀出后，nRF905將AM和DR置低；nRF905將準備進入ShockBurst RX、ShockBurst TX或Powerdown模式。(3)掉電模式在掉電模式中，nRF905被禁止，電流消耗最小，典型值低于2.5uA。當進入這種模式時，nRF905是不活動的狀態(tài)。這時候平均電流消耗最小，電池使用壽命最長。在掉電模式中，配置字的內容保持不變。(4)STANDBY模式Standby模式

39、在保持電流消耗最小的同時保證最短的ShockBurstRX、ShockBurstTX的啟動時間。當進入這種模式時，一部分晶體振蕩器是活動的。電流消耗取決于晶體振蕩器頻率，如：當頻率為4MHZ時，IDD=12uA；當頻率為20MHZ時，IDD=46uA。如果uPCLK（Pin3）被使能，電流消耗將增加。并且取決于負載電容和頻率。在此模式中，配置字的內容保持不變。編輯本段器件配置nRF905的所有配置都通過SPI接口進行。SPI接口由5個寄存器組成，一條SPI指令用來決定進行什么操作。SPI接口只有在掉電模式和Standby模式是激活的。(1)狀態(tài)寄存器（Status-Register）寄存器包含

40、數(shù)據就緒DR和地址匹配AM狀態(tài)。(2)RF配置寄存器（RF-Configuration Register）寄存器包含收發(fā)器的頻率、輸出功率等配置信息。(3)發(fā)送地址（TX-Address）寄存器包含目標器件地址，字節(jié)長度由配置寄存器設置。(4)發(fā)送有效數(shù)據（TX-Payload）寄存器包含發(fā)送的有效ShockBurst數(shù)據包數(shù)據，字節(jié)長度由配置寄存器設置。(5)接收有效數(shù)據（RX-Payload）寄存器包含接收到的有效ShockBurst數(shù)據包數(shù)據，字節(jié)長度由配置寄存器設置。在寄存器中的有效數(shù)據由數(shù)據準備就緒DR指示。編輯本段接口模式(1)模式控制接口：該接口由PWR、TRX_CE、TX_EN

41、組成控制由nRF905組成的高頻頭的四種工作模式：掉電和SPI編程模式；待機和SPI編程模式；發(fā)射模式；接收模式。(2)SPI接口：SPI接口由CSN、SCK、MOSI以及MISO組成。在配置模式下單片機通過SPI接口配置高頻頭的工作參數(shù)；在發(fā)射/接收模式下單片機SPI接口發(fā)送和接收數(shù)據。(3)狀態(tài)輸出接口：提供載波檢測輸出CD，地址匹配輸出AM，數(shù)據就緒輸出DR。編輯本段外圍信息(4)晶體規(guī)格為了實現(xiàn)晶體振蕩器低功耗和快速啟動時間的解決方案,推薦使用低值晶體負載電容。指定CL=12pF是可以接受的。但是，也可能增大到16pF。指定一個晶體并行相等電容,Co=1.5pF也是很好的，但這樣一來會

42、增加晶體自身成本。典型的設定晶體電容Co=1.5pF，指定Co_max=7.0pF。(5)外部參考時鐘一個外部參考時鐘如MCU時鐘，可以用來代替晶體震蕩器。這個時鐘信號應該直接連接到XC1引腳，XC2引腳為高阻態(tài)。當使用外部時鐘代替晶體時鐘工作時，始終必須工作在Standby模式以降低電流消耗。如果器件被設置成Standby模式而沒有使用外部時鐘或晶體時鐘，則電流消耗最大可達1mA。(6)微處理器輸出時鐘在默認情況下，微處理器提供輸出時鐘。在Standby模式下提供輸出時鐘將增加電流消耗。在Standby模式電流消耗取決于頻率和外部晶體負載、輸出時鐘的頻率和提供輸出時鐘的電容負載。(7)天線輸

43、出ANT1和ANT2輸出腳給天線提供穩(wěn)定的RF輸出。這兩個腳必須有連接到VDD_PA的直流通路，通過RF扼流圈，或者通過天線雙極的中心點。在ANT1和ANT2之間的負載阻抗應該在200-700范圍內，通過簡單的匹配網絡或RF變壓器（不平衡變壓器）可以獲得較低的阻抗（例如50）。圖3-5是接口電路，表3-2是管腳詳細介紹。圖3-5 接口電路表3-3 nRF905管腳說明管腳名稱管腳功能說明1VCC電源電源+1.9-3.6VDC2TX_EN數(shù)字輸入TX_EN=1 TX模式，TX_EN=0 RX模式3TRX_CE數(shù)字輸入使能芯片發(fā)射或接收4PWR_UP數(shù)字輸入芯片上電5uCLK時鐘輸出6CD數(shù)字輸出

44、載波監(jiān)測7AM數(shù)字輸出地址匹配8DR數(shù)字輸出接收或發(fā)射數(shù)據完成9MISOSPI接口SPI輸出10MOSISPI接口SPI輸入11SCKSPI時鐘SPI時鐘12CSNSPI使能SPI使能13GND地接地14GND地接地ANT1和ANT2輸出腳給天線提供穩(wěn)定的RF輸出。這兩個腳必須有連接到VDD_PA的直流通路，通過RF扼流圈，或者通過天線雙極的中心點。在ANT1和ANT2之間的負載阻抗應該在200-700范圍內，通過簡單的匹配網絡或RF變壓器（不平衡變壓器）可以獲得較低的阻抗（例如50）。3.4 控制芯片STC89C52RC單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼完

45、全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇。主要特性如下：增強型8051單片機，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。工作電壓：5.5V3.3V（5V單片機）/3.8V2.0V（3V單片機）。工作頻率范圍：040MHz，相當于普通8051的080MHz，實際工作頻率可達48MHz。用戶應用程序空間為8K字節(jié)。片上集成512字節(jié)RAM。通用I/O口（32個），復位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。ISP（在系統(tǒng)可編程）/I

46、AP（在應用可編程）可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。具有EEPROM功能，具有看門狗功能，共3個16位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、T1、T2。STC89C52RC引腳圖如圖3-5所示。圖3-6 STC89C52RC引腳圖外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒，通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART。工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級）/075（商業(yè)級）。掉電模式：典型功耗0.1A,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序。空閑模式：典型功耗2mA。正常工

47、作模式：典型功耗4Ma7mA。掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設備。STC89C52RC引腳功能說明VCC（40引腳）：電源電壓VSS（20引腳）：接地P0端口（P0.0P0.7，3932引腳）：P0口是一個漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個引腳能驅動8個TTL負載，對端口P0寫入“1”時，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據存儲器時，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據的復用總線。此時，P0口內部上拉電阻有效。在Flash ROM編程時，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。P1端口（P1.0P1.7，1

48、8引腳）：P1口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅動（吸收或者輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時，因為有內部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流（）。此外，P1.0和P1.1還可以作為定時器/計數(shù)器2的外部技術輸入（P1.0/T2）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體參見下表：在對Flash ROM編程和程序校驗時，P1接收低8位地址。如表3-4，P1.0和P1.1引腳復用功能表3-4 P1.0和P1.1引腳復用功能引腳號功能特性P1.0T2（定時器/計數(shù)

49、器2外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數(shù)器2捕獲/重裝觸發(fā)和方向控制）P2端口（P2.0P2.7，2128引腳）：P2口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可以驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。P2作為輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數(shù)據存儲器（如執(zhí)行“MOVX DPTR”指令）時，P2送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據存儲器（如執(zhí)行“MOVX R1”指令）時，P2口引腳上的內容（就是專用寄

50、存器（SFR）區(qū)中的P2寄存器的內容），在整個訪問期間不會改變。在對Flash ROM編程和程序校驗期間，P2也接收高位地址和一些控制信號。P3端口（P3.0P3.7，1017引腳）：P3是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P3做輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個電流。在對Flash ROM編程或程序校驗時，P3還接收一些控制信號。P3口除作為一般I/O口外，還有其他一些復用功能，如下表2-4所示：如表3-5是P3口引腳復用

51、功能表3-5 P3口引腳復用功能引腳號復用功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外部中斷0）P3.3（外部中斷1）P3.4T0（定時器0的外部輸入）P3.5T1（定時器1的外部輸入）P3.6（外部數(shù)據存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據存儲器讀選通）RST（9引腳）：復位輸入。當輸入連續(xù)兩個機器周期以上高電平時為有效，用來完成單片機單片機的復位初始化操作?？撮T狗計時完成后，RST引腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。ALE（30引腳）：地址鎖存控制信號（ALE）是訪

52、問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時，此引腳（）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數(shù)據存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOV指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位（地址位8EH的SFR的第0位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。ALE（29引腳）：外部程序存儲器選通信號是外部程序存儲器選通信號。當AT89C51RC從外部程序存儲器執(zhí)

53、行外部代碼時，在每個機器周期被激活兩次，而訪問外部數(shù)據存儲器時，將不被激活。VPP（31引腳）：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，必須接GND。注意加密方式1時，將內部鎖定位RESET。為了執(zhí)行內部程序指令，應該接VCC。在Flash編程期間，也接收12伏VPP電壓。XTAL1（19引腳）：振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。特殊功能寄存器在STC89C52RC片內存儲器中，80HFFH共128個單元位特殊功能寄存器（SFR），SFR的地址空間如下表3-6所示。工作的三種模式如下表3-7

54、所示。表3-6 3種模式符號功能TF2定時器2溢出標志。定時器2溢出時，又由硬件置位，必須由軟件請0.當RCLK=1或TCLK=1時，定時器2溢出，不對TF2置位。EXF2定時器2外部標志。當EXEN2=1，且當T2EX引腳上出現(xiàn)負跳變而出現(xiàn)捕獲或重裝載時，EXF2置位，申請中斷。此時如果允許定時器2中斷，CPU將響應中斷，執(zhí)行定時器2 中斷服務程序，EXF2必須由軟件清除。當定時器2工作在向上或向下計數(shù)方式時（DCEN=1），EXF2不能激活中斷。RCLK接收時鐘允許。RCLK=1時，用定時器2溢出脈沖作為串口（工作于工作方式1或3時）的接收時鐘，RCLK=0，用定時器1的溢出脈沖作為接收脈

55、沖TCLK發(fā)送時鐘允許。TCLK=1時，用定時器2溢出脈沖作為串口（工作于工作方式1或3時）的發(fā)送時鐘，TCLK=0，用定時器1的溢出脈沖作為發(fā)送脈沖EXEN2定時器2外部允許標志。當EXEN2=1時，如果定時器2未用于作串行口的波特率發(fā)生器，在T2EX端口出現(xiàn)負跳變脈沖時，激活定時器2捕獲或者重裝載。EXEN2=0時，T2EX端的外部信號無效。TR2定時器2啟動/停止控制位。TR2=1時，啟動定時器2.C/定時器2定時方式或計數(shù)方式控制位。C/=0時，選擇定時方式，C/=1時，選擇對外部事件技術方式（下降沿觸發(fā)）。CP/捕獲/重裝載選擇。CP/=1時，如EXEN2=1，且T2EX端出現(xiàn)負跳變

56、脈沖時發(fā)生捕獲操作。CP/=1時，若定時器2溢出或EXEN2=1條件下，T2EX端出現(xiàn)負跳變脈沖，都會出現(xiàn)自動重裝載操作。當RCLK=1或TCLK=1時，該位無效，在定時器2溢出時強制其自動重裝載。表3-7 RCLK+TCLKRCLK+TCLKCP/TR2模式00116位自動重裝01116位捕獲1X1波特率發(fā)生器XX0（關閉）3.5 LCD1602液晶顯示模塊3.5.1 顯示模塊的選擇為了完成系統(tǒng)溫度數(shù)據的顯示，本設計采用具有漢字顯示功能的YM12864R。FYD12864-0402B是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864,內置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。可以顯示84行1616點陣的漢字.也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。FYD12864-0402B由ST7920芯片控制，主要由以下幾部分構成：(1)忙標志BF。BF標志提供內部工作情況.BF=1表示模塊在