红外点滴报警系统的研制优秀毕业论文 可复制黏贴.pdf

工学硕士学位论文工学硕士学位论文 红外点滴报警系统的研制 development of infrared infusion alarm system 朱永兴朱永兴 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学 2011 年年 6 月 月 图书分类号：tp338.1 学校代码：10213 u.d.c.: 621.38 密级：公开 工学硕士学位论文工学硕士学位论文 红外点滴报警系统的研制 硕 士 研 究 生：朱永兴 导师：原桂彬 教授 申请学位级别：工学硕士 学科：仪器科学与技术 所 在 单 位：自动化测试与控制系 答 辩 日 期：2011 年 6 月 授予学位单位：哈尔滨工业大学 classified index: tp338.1 u.d.c.: 621.38 dissertation for the degree of master in engineering development of infrared infusion alarm system candidate: zhu yongxing supervisor: prof. yuan guibin academic degree applied for: master of engineering speciality: instrument science and technology affiliation: department of automatic testing and control date of oral defense: june, 2011 degree conferring institution: harbin institute of technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘 要 静脉输液作为一种医疗给药手段， 越来越多的应用到了临床医学当中， 但是， 随着静脉输液的广泛使用，输液过程中容易带来的一些不便也逐渐显现出来。 静脉输液过程需要医护人员对两种输液信息进行随时的观察，分别是输液速 度和输液是否完成。输液速度是根据病情、输液总量、输液目的和药物性质等情 况确定的，输液速度过快或者过慢轻则会使患者产生不适，重则会影响患者的生 命安全；静脉输液完成后需要医护人员进行及时的处理，如果处理不及时的话， 会对病人的生命安全带来损害。但是静脉输液是一个漫长的过程，容易使患者和 医护人员产生疏忽，不能及时的发现并处理上面提到的情况，增加了医疗事故发 生的隐患。 红外点滴报警系统就是为了解决上述的问题，降低医护人员的工作强度，保 护患者的生命财产而研制的。 红外点滴报警系统的主要功能是对输液过程进行监测，并且对输液速度不当 和输液终了进行报警。系统主要由护士站主机和病房分机两部分组成，病房分机 利用红外传感器对输液信息进行采集和处理，并利用无线的方式发送至护士站主 机，护士站主机利用电脑软件对输液速度进行实时显示，当速度值超限或者输液 终了时进行报警。使工作人员能够及时的处理发生的状况。上位机的软件同时带 有患者信息管理系统，方便医护人员对病人信息进行管理。 红外点滴报警系统采用stc89c52rc作为微处理器，设计了无线通信模块、 usb通讯模块、人机交互模块等主要模块。无线通信模块选用了nordic公司的 nrf24l01为核心芯片， 该芯片工作于2.4ghz国际通用ism频段， 具有外围元件少， 开发容易成本低等优点，并且可以通过更换天线提高系统的性能，便于系统的升 级；usb通讯模块选用了国产的ch372，性能高，工作稳定。上位机软件的开发 使用的是visual c+6.0，实现了对输液过程的监测和对病人信息的管理。 红外点滴报警系统具有高性能低成本的特点，并且能够方便的根据实际情况 对系统进行升级，具有很强的市场竞争力，适合推广使用。 关键词： 红外；无线通信；usb；静脉输液 -i- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 abstract intravenous infusion as a route of administration, more and more applied to clinical medicine, but, as among the widespread use of intravenous infusion, its inconvenience are gradually revealed. medical personnel need to observe two kinds of infusion information during the infusion processes, it includes the speed and if the infusion is finish or not. the transfusion speed is determined by the illness, transfusion amount, and infusion purpose and medication profiles. infusion too fast or slow is possible to causes the patient discomfort even endanger their life. after the infusion patient requires immediate treatment by medical care personnel, it will damage the life and health of patients if the treatment is not timely. but intravenous infusion is a lengthy process, easy to make patients and medical care personnel produces negligence, not timely find and deal with the situation mentioned above, will increased medical accidents hidden trouble. infrared infusion alarm system is developed to solve the problem, reduce medical staffs intensity and protect the patients life and property. infrared infusion alarm systems main function is to infusion processes of transfusion speed monitoring and the alarm of improper speed and the end of the infusion. the system is compromised by the nurse station host and ward extension. the ward extension acquisition and processing infusion information by infrared sensor, using wireless sent the information to the nurse station host, nurse station using computer software to host real-time display infusion speed, when the speed value overrun or infusion end for the police. make medical care workers can timely handling the situation. pc software is also the patient information management system, convenient for patient information medical personnel management. the core of infrared infusion alarm system is made up of stc89c52rc, contain wireless communication module, usb communication module, human-computer interaction module and other major modules. wireless communication module chose the nordic companies nrf24l01 as the core chip, the chip works in 2.4 ghz international general ism frequencies, less component with peripheral, development easy low cost etc, and can be through replacement of antenna improve the performance of the system, facilitate system upgrade; usb communication module chose homebred ch372, high performance, stable work. pc software development is using visual c+ 6.0; realize the infusion of the process of monitoring and patient information management. -ii- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -iii- infrared infusion alarm system has the characteristics of high performance, low cost and can easily according to the actual situation of system upgrades, has strong market competitiveness, suitable to spread the use of it. key words: infrared, wireless communication, usb, intravenous infusion 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 目 录 摘 要 . i abstract . ii 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 课题来源及研究的目的和意义 . 1 1.2 国内外的发展历史和研究现状 . 2 1.3 课题研究的主要内容 . 3 1.4 本章小结 . 5 第 2 章 系统的总体设计 . 6 2.1 系统设计方案 . 6 2.1.1 护士站主机设计方案 . 7 2.1.2 病房分机设计方案 . 8 2.2 无线通信协议设计方案 . 9 2.3 本章小结 . 9 第 3 章 系统的硬件设计 . 10 3.1 系统微控制器的介绍 . 10 3.1.1 单片机时钟电路 . 11 3.1.2 单片机复位电路 . 11 3.2 输液监测模块的设计 . 12 3.2.1 红外传感器的介绍 . 12 3.2.2 液滴检测电路设计 . 14 3.2.3 整形电路的设计 . 15 3.3 人机交互模块的设计 . 17 3.3.1 键盘输入模块的设计 . 17 3.3.2 数码管显示模块的设计 . 18 3.4 电源模块的设计 . 19 3.5 usb通讯模块的设计 . 20 3.5.1 usb总线简介 . 20 3.5.2 usb总线的优点 . 21 3.5.3 usb接口芯片介绍 . 22 3.5.4 基于ch372 的usb接口电路 . 24 3.6 无线通信模块的设计 . 25 3.6.1 无线通信芯片的介绍 . 26 3.6.2 nrf24l01 模块电路设计 . 27 3.7 本章小结 . 28 第 4 章 系统的软件设计 . 29 4.1 下位机软件的设计 . 29 -iv- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -v- 4.1.1 单片机软件开发工具介绍 . 29 4.1.2 下位机程序主体设计 . 31 4.1.2 无线收发模块的软件设计 . 31 4.1.3 usb通讯模块的软件设计 . 35 4.1.4 液滴检测模块的软件设计 . 38 4.2 上位机软件的设计 . 40 4.2.1 上位机软件开发工具介绍 . 40 4.2.2 上位机软件设计原则 . 41 4.2.3 上位机软件主界面的设计 . 42 4.2.4 病人信息管理模块的设计 . 42 4.3 本章小结 . 43 第 5 章 系统的测试 . 45 5.1 系统硬件电路的测试 . 45 5.2 输液监测部分的测试 . 46 5.3 usb通讯部分的测试 . 47 5.4 无线通信部分的测试 . 48 5.5 本章小结 . 49 结 论 . 50 参考文献 . 52 哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 . 55 致 谢 . 56 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第 1 章 绪 论 1.1 课题来源及研究的目的和意义 随着科技水平的越来越先进，更多的新技术被应用到了医学这个领域当中。 尤其是在临床医学中对病人监护的这一方面，很多的新技术被应用到了其中去减 轻医疗监护人员们的负担，这些情况，为医疗监护方面的设备的功能的多样化发 展提供了契机。为了满足人们的生活水平提高对这个领域需求的增多，需要加快 医疗监护这方面的技术以及其设备的研制与发展1。 虽然临床的给药途径有很多种，但是在实际的临床工作当中，被世界卫生组 织推荐的最后一种给药方式静脉滴注俗称点滴，几乎成了目前医院为患者给 药或患者要求的一种首选的给药途径2。静脉滴注正在不断地被患者和社会所认 同，成为用药方式甚至是医疗文化的重要组成部分。但是随着静脉输液的广泛的 应用， 它给人们所带来的一些不便也渐渐的显露了出来： 长时间的静脉滴注过程， 极其容易导致患者以及陪护人员的疏忽，当药液滴注完成或滴速不当等情况不能 及时的发现的时候，不但可能对病人的治疗过程产生延误，甚至严重了的话会对 病人的生命财产安全产生影响，引起医疗的事故。平时大部分医院的应对措施是 采用人工监护的方式，由患者、陪侍或医护人员随时观察药品的滴注情况，这样， 加重了医护人员的负担，不利于病区的综合管理3-5。而在目前在国内能使用输液 监控系统的只有 icu 病房，并且使用的都是价格十分昂贵进口的产品，中小型医 院根本没有经济实力对此进行支出。这种情况给中国点滴监控的智能化的进程带 来了一些麻烦。 在静脉输液的过程中点滴速度值这个物理量可以直接对药物对病人的效果产 生影响，这个速度值如果不在适当的范围内的话则可能会产生很不好的效果，有 时甚至会对病人的安全产生威胁6。影响点滴速度值的因素很多，它的快慢不仅 受到药物性质病情等方面的影响，而且在这个过程当中点滴的速度也会随着病人 身体姿势的变化、血液的循环的变化以及药物稠度等情况而改变7。在实际的点 滴中根据上述的情况来决定点滴速度值的大小。这个值过大的话，会加大患者中 毒的几率，严重的话会产生水肿等状况，这个值过小的话会增大药量不够的可能 性，也会延长点滴过程的时间，这样的话，治疗的效果就不会很好，对监护人员 的工作强度也会有所增强8。 日常的生活中，大部分的点滴的方式应用的是重力的原理，挂在高处，这也 瓶中的药液会往下滴落。并且在这个过程当中，会需要人对点滴的过程进行实时 的观察，在观察的时候需要对速度的快慢和点滴的进程进行细致的了解。对速度 -1- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 值的处理也仅仅依靠医护人员的肉眼以及经验，因此可以说不是很精确。这种情 况会容易出现上文所表述过的一些不良反应。为了解决这问题就要加大人力上面 投入，会加大相关工作人员的压力，甚至会产生医疗事故，对患者不利。 综合上文所提到的这些问题可以看到，目前国内急需要出现一款价格合理的 医院输液监护系统在医疗设备领域推广使用来减轻静脉输液的过程给患者、陪护 人员和医护人员带来的负担， 节省人力资源， 降低静脉输液过程中的事故发生率， 提高静脉输液管理的工作效率9。于是，课题组结合一些以往的经验，研制了这 款基于 stc89c52rc 单片机的报警系统， 能够应用于对点滴的速度进行实时的测 量，并且能够对点滴速度不当或者静脉输液终了进行及时的报警，并且严格控制 了系统的成本，本系统的应用能够极大地减轻医护工作人员的工作强度及缓解病 人和医护工作人员不断观察输液是否完成而形成的压力。 1.2 国内外的发展历史和研究现状 为了解决静脉输液中给患者和医护人员带来的一系列问题，更好的实现输液 过程的智能监护，多年来，国内外都为此进行了大量的实验和研究，研制了多种 的输液监控设备，其发展历史主要包括以下这么几个阶段。 (1) 机械式的输液监测阶段 早在 1985 年时就有人提出了一种机械式的输液瓶液位的检测方法， 该方法是 利用输液瓶中液位的下降会导致其重量下降的原理来对其液位进行检测的，使用 的主要工具是弹簧秤，用来称量药液瓶的重量，但是实际的情况是相对较为复杂 的，药瓶的重量是多种多样的，因此该种方法的可靠性很差，并且使用起来不方 便，不适合推广应用10。 (2) 电容式输液监测阶段 电容式输液监测的原理是利用输液瓶中液位的变化能够导致电容变化的原理 来对输液瓶中的液位进行监测11，但是由于临床输液中的输液瓶的容积大小是有 很多种的，如果要应用此方法的话就需要设计多种不同的输液监控设备，这会给 医护人员的使用带来极大的不便，因此不适合推广应用。 (3) 电极式输液监测阶段 电极式输液监测的原理是利用插入茂菲式管的两电极来实现的，当电极的中 间有液滴经过的时候，会产生中断的信号，这一特点能够对点滴的速度这一物理 量进行监测12。这种监测的手段简单有效，但是由于这种方式是需要和药物有接 触，容易对药物产生污染，进而影响到静脉输液的治疗效果，因此不适合推广应 用。 -2- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 (4) 红外光电式输液监测阶段 红外光电式输液监测的原理是利用药液能够通过吸收和散射等方式使通过其 中的红外光的强度减弱的原理来进行测量的， 在茂菲式管的一端安装红外发射管， 在另一端安装接收管，当两者之间有液滴经过的时候，接收端的传感器会感到光 强变弱，把光信号的变化转化为电信号的变化，这样可以通过微控制器对这些信 号进行处理而得到输液的信息13。这种监测方法性能良好，性价比高，能够对输 液信息进行准确的测量，并且与药液不接触，且和药液性质和输液器材无关，具 有很强的适用性。 除上述的四种输液监测的方式外，还出现过光纤式输液监测法14和超声波式 输液监测法等15，但是由于这些方式的成本过高，导致性价比不强，因此没有得 到广泛的应用和推广。 随着科学技术的发展，网络化技术逐渐的应用到了输液监测领域，出现了两 种比较主要的静脉输液监测网络，包括一类基于 rs-232 或 rs-485 总线技术的系 统，这类系统由上位机、通信部分以及现场控制部分组成，通过以上提到的两种 总线技术使各个分机连接组成输液监测的网络；另一类是以 can 总线技术为支 撑的，通过这种技术使各个分机连接成输液监测网络16。上述的两种总线技术虽 然能够实现输液监测系统网络化的任务，但是这两种技术都属于有线技术，在实 际的应用当中需要对系统进行布线，在安装和维护上面的成本相对比较高，而且 对环境的依赖性也比较大，因此不适合在实际当中推广使用。 以上所提到的这些方式虽然都能够完成输液监测的任务，但其在灵敏度、药 液使用范围、操作方法、生产成本等方面或多或少的存在着一些问题，所以至今 没能在医疗设备市场上得到成功的推广使用。因此研制新型的输液监测系统是当 前的卫生这个行业发展的一种需求。本课题就是想设计出一款能够更好的服务于 当前医疗卫生工作的点滴报警系统。 1.3 课题研究的主要内容 本课题主要的目标是要研制出一款适用于中小型医院的病房静脉输液监系 统，主要实现的功能是对静脉输液速度的测量，并可以对点滴的速度值超过设定 的限度的和点滴终了等情况进行报警。本课题的设计主要包括以下两大方面的内 容： (1) 硬件电路的设计和调试 硬件电路的设计和调试主要包括输液信息检测模块的设计和调试、人机交互 模块的设计和调试、无线通信部分的设计和调试、电源部分的设计和调试以及 usb 通讯部分的设计和调试等等。下面会详细的介绍一下各模块所要实现的功能 -3- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 上的一些技术细节。输液信息检测模块选用的是红外传感器这种对药液的性状无 损的传感器，这种传感器能够卡在点滴的输液管上，并且能够产生和输液液滴信 号一一对应的脉冲信号，经过整形处理以后可以直接被单片机所识别，经过一定 的算法，会算出点滴的速度值。人机交互模块的设计的功能主要是对点滴阈值的 设置以及点滴速度值的实时显示，单片机系统的显示模块一般会有两种选择，包 括 lcd 显示模块和数码管显示模块，虽然 lcd 作为系统的显示会更加的形象， 但是为了严格的控制整个系统的成本， 最终选择了成本相对便宜的 led 数码管作 为本系统的显示部分，输入模块则选择的是单片机系统中常用的按键来组成。无 线通信模块的作用主要是用于护士站主机和病房分机之间的信息交换，病房分机 可以通过无线模块把速度值和报警信号发往护士站主机，进行报警和对患者输液 速度情况的实时监测。本系统用到的电压值有 5v 和 3.3v 两种，因此需要进行电 压转换来产生需要的电压值，本系统的电压模块需要实现稳压的功能。由于 usb 相较于串口来说方便使用， 本系统最终选择了沁恒公司的 ch372 进行了与计算机 通讯部分的开发， 这款芯片编程简单， 在芯片内集成了 usb 通讯的底层通讯协议， 并且提供了计算机端通用的驱动程序，并且通过动态链接库的方式提供了供上位 机软件开发的 api 函数，极大的简化了 usb 通讯开发的过程。 (2) 上位机软件的编写 上位机软件是基于微软公司的 visual c+ 6.0 编写的，这是一种可视化的编 程工具，能够完成各种 windows 应用程序的开发。本系统上位机软件主要实现的 功能是对点滴速度值的实时显示和对病人信息的管理这两大功能。由于下位机与 计算机的通讯选用的是 usb 接口， 上位机软件通讯部分的编程应用的是芯片所提 供的动态链接库中的 api 函数。使用动态链接库有很多的优点，最重要的是一个 以上的应用程序可应用同一个动态链接库文件， 这样可以真正的做到资源的共享， 既能够减少程序的代码量，又能够提高内存的使用效率，有利于程序的模块化， 当需要对应用程序进行修改的时候，只需要修改动态链接库文件即可，而不用对 整个程序都进行修改。上位机程序的病人信息管理模块的数据库设计主要是基于 微软提供的 ado 技术，这种数据库访问技术是当前对数据库进行操作的最为简 单直接的方法之一，而且很有效果，是一种功能非常强大的数据库访问模式。它 的优点是使用方便，访问速度的快，低内存使用以及很少的磁盘空间占用。本系 统主要是利用应用这种数据库访问技术来做病人的信息管理系统。因为上位机软 件针对的用户是医护人员人群，因此上位机软件的整体思路是应该具有友好的界 面和比较简单的操作方式。 -4- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 1.4 本章小结 本章首先对课题的背景进行了简要的介绍， 论述了本系统研制的目的和意义， 既可以减轻医护和陪护人员的工作负担，使医院能够更好的对病区进行综合的管 理，使医院对病人输液过程的监测和管理实现数字化，信息化。接下来又阐述了 国内外本领域的研究现状，进一步的论述了本系统研制的意义和可能产生的市场 价值。最后，简要的对本系统所要研究的内容进行了介绍，包括系统所包含的各 部分内容和所用到的一些知识点。 具体的各部分的设计将在以下的章节一一介绍。 -5- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第 2 章 系统的总体设计 当今社会随着社会的飞速发展以及生活水平的不断提高，人们的卫生医疗保 健方面的意识越来越强，由于这些需求的增加，卫生机构也越来的越多，这个背 景为医疗设备行业提供了非常广泛的市场。 静脉输液作为临床给药方式之一，得到了越来越多的医生和患者的认可，成 为临床治疗中使用的最为广泛的给药手段。但静脉滴注的过程是相对漫长的，传 统的监护手段是陪护人员或医护工作者对输液过程进行随时的查看，密切的关注 输液的进展情况，这种做法既加大了相关人员的工作难度，又增加了患者的护理 难度，又增加了医疗事故产生的隐患。因此，设计一款安全有效的点滴报警系统 是非常有意义的。 针对上述提到的这些原因并结合实际的情况，本文设计了一款适用于中小型 医院的红外点滴报警系统。主要想实现的功能如下： 1. 点滴速度的测量； 2. 速度值不当以及点滴终了的报警； 3. 组成小型的无线网络； 4. 通过 usb 总线跟计算机进行通讯； 5. 编写上位机软件实现滴速的监测和报警； 6. 病人信息的管理系统。 2.1 系统设计方案 红外点滴报警系统的设计主要分为两个部分：病房分机部分以及护士站主机 部分。病房分机安置在各个病房，在病人输液的过程中，系统通过病房分机来对 点滴信息进行测量以及与主机进行通信；护士站主机放在医护人员值班的房间， 通过 usb 接口与计算机进行连接， 并且通过无线模块与各分机进行通信。 在病人 进行输液的时候，对应的病房分机设置玩阈值后卡在滴管上，对点滴的情况进行 监测， 并通过无线通信模块把输液信息传送到护士站主机， 并通过 usb 通讯模块 传到计算机，这样医护人员就可以通过系统提供的上位机软件对点滴信息进行监 测，并可以及时的处理报警的信息，本课题的整体框图如图 2-1 所示。 由图可以清楚的看到，本报警系统是由一个护士站主机以及多个病房分机所 构成，具体的病房分机的数目要根据实际的情况来确定，本系统在研制阶段使用 的是一对二，既一个护士站主机和两个病房分机，但在理论上，可以实现一对 n 的程序设计，这样的程序设计增加了系统的可扩展性，方便根据实际情况的变化 -6- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 来增加或减少病房分机的数量，增加了系统的通用性。无线通讯模块的选择上也 是可以根据不同的通讯环境不同的需求来确定，可以通过实际需要的通信距离来 选择不同的无线通信模块。本系统在设计的时候重点放在了整个系统的成本的控 制上，在实现功能的同时，要求尽量的降低整个系统的成本。本系统所选用的无 线模块在搭载不同的天线或加功率放大后，会增加无线传输的距离，而程序改动 不大。方便了根据实际的情况有针对性的选择模块，实现不同的组网面积，不同 的成本。 图 2-1 红外点滴报警系统整体框图 2.1.1 护士站主机设计方案 红外点滴报警系统的核心为护士站主机部分，护士站主机部分与医护人员交 互的地方为系统的计算机软件部分，上位机软件设计实现的功能是要对病人输液 情况进行实时的显示，并且可以就点滴速度不当或点滴终了进行报警，以便工作 人员及时的处理输液中出现的情况，上位机软件另一个主要的功能是对病人信息 的管理，方便医护人员对患者信息的管理。护士站主机中计算机和下位机的通信 摒弃了传统的 rs-232 串口通讯采用的是 usb 通讯， 主要考虑到 usb 通讯 “即插 即用”的特点，以及 usb 接口能够提供护士站主机硬件部分所需要的电源，降低 了整个系统的成本17。图 2-2 给出的是护士站主机部分的设计框图。 图 2-2 护士站主机设计框图 -7- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 2.1.2 病房分机设计方案 红外点滴报警系统的病房分机相当于单独的病人输液监测模块，可以对病人 输液过程进行实时监测，并且把这些信息通过无线通信的方式发往护士站主机进 行处理，供医护人员查看或向医护人员发送报警信息，令医护人员能够及时处理 点滴过程中发生的状况。病房分机的设计框图如图 2-3 所示。 图 2-3 病房分机设计框图 红外点滴报警系统的病房分机主要由五大模块组成，包括输液监测模块、无 线通信模块、人机交互模块电源模块和主控制器模块，其中人机交互的部分包括 输入模块和显示输出模块。 输液检测模块是输液信息的采集模块，可以把液滴信号转化成对应的单片机 能够识别的电脉冲信号，单片机可以直接对这些信号进行识别，然后通过一定的 算法算出液滴的速度值。并且可以对输液终了进行提前的判断，这样可以方便医 护人员对输液终了进行处理，减少了医护人员的负担，降低了医疗事故发生的隐 患。 键盘模块的主要功能是在输液前对病房分机的点滴速度的阈值进行设定，医 护人员在点滴开始之前，针对所滴注的不同的药液，不同的病情以及不同病人的 体质差别来确定点滴速度的上下阈值，并通过键盘电路输入到主控制器，然后病 房分机开始工作，如果没进行阈值设置的话，系统会仅仅进行输液速度的测量和 输液终了的报警，对点滴速度值不当不能够起到报警的作用。 显示模块主要的作用是对速度值进行显示，并且可以通过按键控制是否显示 速度值，可以尽可能的节省电能，降低系统的功耗，使病房分机的电池寿命变长。 从而降低系统的使用成本。 电源模块主要的功能是为整个系统提供电能，整个系统各部分器件选择和程 序设计的原则是尽量降低系统的功耗，这样能够增长电源模块的使用寿命，降低 -8- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 整个系统的使用成本。病房分机部分的供电有纽扣电池供给，而主机部分则由 usb 总线供给。由于本系统所使用的电子器件需要两个压值的电压，因此电源模 块还需要设计稳压模块。 无线模块是红外点滴报警系统中连接护士站主机和病房分机的桥梁，主要应 用于护士站主机和病房分机之间的数据交换，之所以选择无线通信这种方式的原 因是，无线通信相较于传统的有线方式省去了布线的麻烦，并且容易组网，便于 系统后期的改进和维护18。增加了系统的适用性。 2.2 无线通信协议设计方案 红外点滴报警系统护士站主机和病房分机之间的通信方式选用的是无线通信 的方式，因为本系统针对的用户人群是中小型医院，因此在试验阶段，应用设计 的无线通信模块的最远传输距离在 20 米左右， 如果想要传输更远的距离， 需要对 无线模块的天线部分进行加强。 为了使无线部分更好的进行工作，需要制定通信一些双方都能理解的通信规 则，也就是通信协议，而通信协议的设计主要需要解决两个问题，第一是主机和 分机之间以何种方式进行通信，第二是通信中帧格式的定制19。为了避免通信冲 突问题，本系统才用的是时分复用20的方式，具体的一些细节会在无线通信的软 件设计部分进行更为详细的介绍。 2.3 本章小结 本章首先简单的介绍了红外点滴报警系统研制的背景和意义以及本系统将要 实现的一些具体的功能，然后对系统的整体的设计方案和整体的系统组成框图进 行了介绍，然后分别介绍了护士站主机和病房分机的设计方案，并在最后对系统 的无线通信协议的设计思路进行了简要的描述，本章是对本论文内容的总体的概 述，而对应的各部分的细节内容将在以下的章节中一一展开，进行更为详细的阐 述。 -9- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第 3 章 系统的硬件设计 红外点滴报警系统的硬件设计主要包括两个部分，病房分机部分和护士站主 机部分。病房分机部分硬件电路主要实现的功能是对液滴信号的检测