基于msp430的醫(yī)用自動輸液器設計

基于msp430的醫(yī)用自動輸液器設計

1自動輸液器對于需要獨立護理的患者，尤其是那些因手術后、晚期疾病和分娩而導致慢性疼痛的患者，大多數(shù)人需要配備自動翻譯裝置，以便患者可以自動操作、自動定期服務，并達到治療和鎮(zhèn)痛的目的。為此,筆者設計了一種便攜式醫(yī)用自動輸液器,該儀器采用電池作為供電電源,并具有功耗小、體積小、重量輕等特點,可滿足便攜式需要。此外,該儀器使用安全可靠、計量準確、自動化程度高,可適應現(xiàn)代醫(yī)學發(fā)展的要求。該自動輸液器的主要功能如下:(1)可根據(jù)要求設定滴數(shù)、輸液總量及藥液總量等參數(shù)。(2)隨時可改變原設定參數(shù),并可以在運行時隨時暫停輸液。(3)不同的使用者可以有自己的一套運行參數(shù),并可通過密碼進入自己的設定環(huán)境。(4)帶有LCD顯示,可實時察看所用藥液及藥液剩余量。(5)自動檢測流速,在輸液異?；蜉斠航Y束時,可自動停止輸液并進行聲光提示。(6)藥液用完自動發(fā)出換液信號,在換液期間禁止所有操作。(7)重要的操作均由兩個組合鍵來完成,可防止誤操作,安全可靠。(8)在第一次使用之前能夠快速排空輸液管中的空氣。2msp330f21型溫度管理系統(tǒng)MSP430系列單片機是TI公司近期推出的16位系列單片機。該系列是一組超低功耗的微控制器,供電電壓范圍為1.8~3.6V,特別適用于長期使用電池工作的場合。由于其具有16位RISC結構、16位寄存器和常數(shù)發(fā)生器,因而MSP430系列單片機具有最大的代碼效率。考慮到本設計有低功耗、小體積的要求,所以,選用了MSP430F1121型單片機芯片。該芯片特有的FLASH存儲器在系統(tǒng)設計、開發(fā)調試及實際應用上都表現(xiàn)出較明顯的優(yōu)點。MSP430F1121內(nèi)部有一個數(shù)控振蕩器(DCO)和一個晶體振蕩器,帶有3個捕獲/比較寄存器的16位定時器TIMER-A、一個看門狗定時器WatchdogTimer-A、一個模擬比較器Comparator-A和12個I/O口(每位均有獨立的中斷能力,可獨立控制),另外,還具有4kB+256字節(jié)的FLASHROM和256字節(jié)的RAM存儲空間,因此在整個硬件電路上無須外加程序存儲器。當單片機處于閑置狀態(tài)時,可以使其處于睡眠狀態(tài)以降低功耗,并可通過選擇4種工作模式來使其最低功耗幾乎為零。其功耗低,體積小,功能強大的特點使其特別適用于便攜式電池供電的儀器設計。本輸液器的電路結構原理框圖如圖1所示,它由電源電路、輸液泵驅動、液晶顯示驅動、按鍵控制等電路組成。2.1msp330f1121的選擇整個電路由四節(jié)電池供電,除了可以用電池供電外,還可以通過直流輸入端由小型變壓器供電,以滿足在室內(nèi)及走動等不同場合的需要。由于TI單片機的供電電壓比其它模塊的要低(只有3.6V),因此可選擇L31A作為MSP430F1121的穩(wěn)壓芯片。為保證輸液正常,電源電路中還配有電池電量檢測裝置,以便在電池電量比較低、可能會影響到正常輸液的情況下及時報警,以提醒更換電池。因此,利用單片機MSP430F1121內(nèi)置比較器模塊的特點,即可不用外加專門的電池檢測芯片,而只需兩個電阻就可以完成此功能。2.2系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)出于對醫(yī)療儀器安全可靠的考慮,為防止按鍵的誤動帶來的不安全因素,一些主要的按鍵操作都是用組合鍵的形式完成的,即只有特定的兩個鍵被同時按下時才能生效。這樣,完成所有的操作一共只需要四個鍵?？紤]到單片機的I/O口資源比較豐富,而且每個I/O口均有獨立的中斷能力,因此,4個鍵可直接接到單片機的I/O口上,并通過中斷方式由CPU來響應。由于硬件電路比較簡單,與之對應的軟件也大大簡化。另外,為了提高整機的安全性能,該裝置還配有由于異常情況造成的流速過快而產(chǎn)生的壓力超標及藥液袋的外圍保護殼被打開的報警裝置,報警的同時停止輸液,禁止所有操作。2.3cf657電路設計液晶顯示器采用的是PHILIPS公司的具有I2C總線的低功耗LCD驅動器PCF8576,該芯片有40個段輸出和4個背極輸出,可完成160個段的LCD顯示。PCF8576的二總線I2C數(shù)據(jù)傳輸結構可使其與微控制器的連線減至最低,從而最大限度地減少顯示系統(tǒng)的開銷。PCF8576的使用可參看有關資料。2.4步進電機控制本系統(tǒng)用的輸液泵驅動模塊由兩相4線式步進電機和泵體組成。由于輸液要求計量準確、可靠,因而選用步進電機作為動力裝置。步進電機是一種可以把脈沖激勵的變化轉換成精確轉子位置增量運動的執(zhí)行機構,它可將脈沖信號變成電機相應角位移的機械量,從而通過控制脈沖的個數(shù)來控制電機轉動的時間,并通過改變脈沖的頻率控制電機運轉的速度。由電機驅動泵體的凸輪機構循環(huán)壓縮膠管,從而實現(xiàn)輸液功能。為了讓輸液泵安全、可靠地工作,并且從簡化硬件電路的角度出發(fā),步進電機的運行并不是由單片機來驅動達林頓管直接控制的,而是通過兩根控制線對步進電機的驅動模塊進行間接控制,并分別實現(xiàn)啟動與控制。這里的步進電機驅動芯片選用的是MOO8335。啟動信號用于啟動步進電機,而運轉時間和停止時間則由控制信號控制。本儀器輸液的速度是通過步進電機停、轉時間的不同來控制的,因為步進電機在整個運行期間,其轉速可以保持恒定。3指令的使用和中斷MSP430的內(nèi)核結構采用具有高透明格式的精簡指令集(RISC)設計。指令分為硬件實現(xiàn)的內(nèi)核指令和利用這一硬件結構的具有更高效率的模擬指令,使用起來非常方便。在本系統(tǒng)中,單片機完成初始化任務(設置標志位,設置定時器,比較器,看門狗的工作方式)后,就進入低功耗睡眠狀態(tài),任一中斷均可將其喚醒,轉而執(zhí)行相應的子程序。單片機的大多數(shù)操作都采用中斷方式。整個程序流程如圖2所示。4msp治療液壓系統(tǒng)節(jié)能技術在設計便攜式醫(yī)用自動輸液器時,由于選用了超低功耗的MSP430單片機作為控制芯片而且其它的外圍芯片功耗也很低,同時在軟件設計中也充分采用了MSP430的多種節(jié)能工作方式,從而使得整機在工作中的功耗很小,可完全滿足電池供電的要求。此外,由于MSP430單片機功能強大,外圍芯片數(shù)目少