作者 / 王婉 刘振洗 胡林军 郭书磊 我国电子科技集团公司第四十一研讨所(安徽 蚌埠 233010)
王婉(1989-)，女，硕士，助理工程师，研讨方向：医疗电子。
摘要：本文提出一种选用STM32F103ZET6处理器渠道，运用μC/OS-II操作体系，凭借μC/GUI控件进行界面开发的打针泵操控体系。选用依据模块化分层的软件规划办法，满意打针泵对多功用、易用界面、低功耗和多使命的需求，以进步医用打针泵的作业效率及可靠性。
导言
医用打针泵是一种新式泵力仪器，将少数药液精确、均匀、继续地泵入患者体内，操作快捷、可靠性好。打针泵应具有的功用有：设置输液速度和输液量，随时更改输液参数，程序预设和数据保存，对反常情况进行报警。运用医用打针泵抢救危重患者，能减轻护理作业量，进步作业效率，精确、安全、有效地合作医师抢救。
1 体系概述
本文规划的体系选用闭环操控思维，结合嵌入式技能、传感检测技能和电机操控技能，然后完结高精度、高可靠性的医用打针泵体系开发。体系全体组成框图如图1所示，打针泵操控体系首要包含打针器推杆方位检测模块、堵塞压力检测模块、打针器标准检测模块、声光报警模块、LCD显现模块、打针参数存储模块和电源办理模块。打针泵作业时，STM32F103ZET6(以下简称STM32)处理器宣布PWM脉冲使步进电机旋转，而步进电机经过机械传动装置将旋转运动变成直线运动，推进打针器的活塞进行打针，一起STM32经过收集传感器反应的数据辅导打针泵作业。
2 软件规划
2.1 全体软件架构
本体系选用STM32F103ZET6处理器渠道，以μC/OS-II 实时操作体系为体系渠道，并运用了μC/GUI图形支持软件。选用依据模块化分层的软件规划办法，详细如图2所示。包含运用软件层、体系软件层和硬件外设装备层，每一层又分为不同的功用模块，便利打针泵的调试和功用扩展。
运用软件层经过μC/OS-II体系树立使命，包含体系主使命、μC/GUI界面使命、键盘扫描使命、旋转编码器检测使命和报警指示灯显现使命。
体系软件层包含移植于STM32处理器的μC/GUI图形体系、μC/OS-Ⅱ操作体系和中止办理体系。μC/GUI界面程序完结实时显现打针泵的各种参数和运转状况，如打针器标准、输液速度、预输液量、已输液量、电池电量、打针运转标志及报警信息提示等，使操作者可以实时把握打针泵的作业状况，并供给杰出的人机交互界面;μC/OS-Ⅱ操作体系担任履行使命调度、使命办理、时刻办理、内存办理和使命间的通讯与同步等基本功用;反常与中止处理模块供给中止服务程序，首要包含体系时钟节拍处理函数、按键及编码器守时扫描中止、电源办理模块守时扫描中止、产生PWM脉冲的守时中止、EEPROM读写中止、打针器标准及掉落检测中止。
硬件外设装备层首要完结外围器材的驱动及运用装备。包含LCD驱动装备，压力传感器运用装备，打针器检测用传感器驱动装备，按键、编码器、LED灯及蜂鸣器运用装备，打针器推杆方位检测用传感器运用装备，EEPROM驱动装备和步进电机驱动装备。
该规划具有界面化操控、多使命处理、数据实时传递，并合作人性化的键盘板，能极大地进步运用者的作业效率。
2.2 体系主程序规划
体系的主程序叙述的是整个体系的履行进程，如图3所示。在所有的初始化作业完结后，进入体系主界面，经过按键设置打针参数，包含打针形式、药物量、打针时刻、打针速度等参数，然后检测打针器标准，开端打针。传感检测模块完结闭环操控、确保本体系安全可靠运转，对打针进程进行打针堵塞检测、打针器掉落检测和打针器推杆方位检测，假如不满意要求则进行报警、中止打针。并在剩下药量小于预订值时进行打针近空报警，提示用户提早做好预备。
2.3 功用模块软件完结
2.3.1 步进电机操控
本规划选用两相混合式步进电机，步进电机依据电机驱动器的操控信号进行作业。经过改动PWM脉冲频率和占空比操控电机的运动速度。电机运动方向固定为正转，使能信号由STM32的GPIO引脚操控，高电平使能操控信号输出，电机滚动。
PWM脉冲由STM32的内部守时器产生，经过改动相关寄存器装备来改动脉冲频率与占空比。PWM 装备分以下几个过程:
1)守时器时钟经预分频器分频后为计数器供给时钟;
2)重装载寄存器和输出比较寄存器的数值不断与计数器比较;
3)计数器的数值与重装载寄存器持平时，复位计数器并翻转输出信号;
4)计数器数值与输出比较寄存器持平时，翻转输出信号。
2.3.2 打针器检测
一般的医用打针泵均运用ml打针器，常用的标准有10ml、20ml、30ml和50ml，体系在进行打针前需求获取打针器标准，打针进程中假如打针器产生掉落，需求及时报警并中止输液。本规划运用光电开关检测打针器标准和打针器掉落与否。检测打针器标准的信号衔接至STM32的GPIO引脚，经过外部中止的办法检测对应GPIO引脚的电平改动来判别打针器标准同理，可以检测打针器是否掉落。
2.3.3 打针器推杆方位检测
打针进程中需求经过打针器推杆位移的改动来核算已打针药量，本规划运用位移传感器检测打针器推杆方位。将检测信号衔接至STM32的ADC模块，在打针时，首要测出打针器推杆的初始方位电压值，然后实时获取推杆运动中的电压值，依据两个电压值之差，就可得出打针器推杆运动的间隔，继而算出已打针容量。
2.3.4 堵塞压力检测
当针头堵塞或输液管路打折等原因形成输液不畅时，液路体系压力大于正常打针时的压力，可经过检测打针器推杆处的压力值进行判别。检测的压力信号衔接至STM32的ADC引脚，STM32收集改换并扩大1000倍后的电压值，然后依据应变片压力和电压的线性关系，核算出实时压力值，假如压力值大于预设的报警值，则进行报警，并中止打针。
2.3.5 声光报警
当打针泵出现反常作业时，需求及时进行正告处理。本体系选用蜂鸣器、LED、LCD三种办法进行报警。蜂鸣器和LED别离接到STM32的GPIO引脚，当打针完结或打针堵塞时，对应的LED点亮并蜂鸣报警;当电池电量缺乏、打针器掉落、打针器推杆错位、打针行将完结时，LCD提示并蜂鸣报警。
2.3.6 打针参数存储
为了便利查询前次关机时的输液形式、参数等信息，本规划添加了参数存储功用。EEPROM选用I2C总线与STM32交流数据，每次开机时，读取EEPROM存储的参数值并显现，每次设置的参数值改动时都进行从头存储。
2.3.7 锂电池供电办理
本规划具有交、直流两种供电办法，而且两种办法能主动切换。运用电源办理模块获取电池的电量信息，经过SMBD和SMBC将锂电池衔接到STM32的I2C总线，选用SMBus总线形式守时读取电池信息，并在LCD实时显现电量。假如电池电量缺乏，则进行报警，假如充电完结，则点亮LED暗示。
2.3.8 按键及编码器检测计划
按键衔接至STM32的GPIO引脚，编码器衔接至STM32守时器的编码器接口引脚。经过守时器扫描按键和编码器状况。按键分为短按和长按功用，短按可完结开端/中止、蜂鸣器消音、形式切换、参数挑选和报警消除功用，长按可完结快注、打针器标定功用。编码器用于完结参数值的输入，可完结小数与整数部分的切换，参数值改动巨细与旋转速度共同。
2.3.9 LCD显现
LCD完结实时显现打针泵的各种参数和运转状况，如打针器标准、打针速度、预输药量、已输药量、电池电量、打针运转标志及报警信息提示等，使操作者可以实时把握打针泵的作业状况，并供给杰出的人机交互界面。本规划选用FSMC(灵敏的静态存储器操控器)接口操控液晶显现模块，选用16位宽数据总线，运用NE1作为片选线，凭借μC/GUI控件制作所需的交互界面。
3 定论
本规划供给了一种人机交互友爱、占用资源少、可移植性强、依据模块化分层的打针泵软件结构，可以满意打针泵对多功用、易用界面、低功耗以及多使命的需求，使医用打针泵的作业效率明显进步、可靠性变强。依据本软件规划办法出产的打针泵适用于长时刻微量、均匀、精确地打针药液，性能上彻底满意国内医院对静脉输液的要求。
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本文来源于《电子产品世界》2017年第12期第43页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
