聲音傳感器在醫療設備中的應用研究

陜西省西安市周至縣中醫醫院 栗 峰

輸液速度要根據不同的體質及年齡的人群而定，不能夠整齊劃一、千篇一律。例如，如果安排的輸液速度過快，會導致有心臟病的群體無法承受快速的滴注所帶來的靜脈回流、心臟負荷加大等現象的產生，增加心臟的工作負擔，進而導致心衰，因此，安排病人輸液的過程中，要嚴格控制滴速，以獲得較好輸液效果。新型的輸液器有著較多的優勢，如體積小、耗電量少、便于攜帶等，并且具有安全性能高、自動化程度高、較為適應現代醫學發展需求等特色，具體而言，能夠做到以下幾點：

(1)以LED作為顯示器，方便實時查看輸液速度，并作更改；

(2)能夠在設備運行的過程中，實時停止輸液過程，對于原有的參數做出修改；

(3)安裝了自動檢測報警裝置，如若輸液過程結束或出現輸液異常的現象，能夠自動報警提示。

1.聲音傳感器網絡節點的體系結構設計

1.1 聲音傳感器數據采集模塊的設計

傳感器網絡主要應用于獲取各種物理環境數據，例如圖像、聲音、溫濕度等，而物理數據的獲得，主要是經由數據采集模塊實現的。傳感器技術組成了主要的數據采集模塊，通過A/D轉換器進行連接。聲音傳感器的構成較為簡單，它主要是由聲音采集器和聲音放大器這兩個主要的部件構成的，因而，聲音傳感器的本質就是一個擴音器。在進行聲音傳感器的設計過程中，要考慮到傳感器的節能效果和節點的大小，一般會選擇使用低功耗的、小型的麥克，如WM-62A。所采集到的只是模擬信號，必須將其轉換為計算機系統能夠識別的數字信號，而這一過程是經由A/D將電壓信號進行轉換的。

1.2 數據處理和計算模塊的設計

傳感器節點的核心部分是數據處理模塊，它通常包括了內存和微處理器及嵌入式操作系統。在微處理器的選型方面，會考慮到使用三星S3C2410XRISC，它主要使用了203MHzd的主頻、ARM920T的內核，并且內含有全部性能、便于攜帶的、性能優良及低功耗的內存處理單元（MMU），支持多系統運行模式。

在傳感器的網路設計中，路由協議方面會選擇使用多層聚類算法。傳感器網絡中的節點是處于不同的層的，所處的層越高，則覆蓋面積越廣。在一個工作周期內，每一個節點都有自己的狀態信息，包括了所在層次、儲蓄能量、聚頭ID等，以等待狀態形成相互了解信息的渠道。

1.3 無線通信模塊的設計

傳感器的信息接收，是通過無線通信完成的，而數據的收集與接收，需要通過多個節點來共同完成，而不是僅僅依靠單個節點實現的，因而，選擇合適的無線通訊收發器是很重要的。

一般會采用CHIPCON公司研發的CCI000型號，具有FSK調制解調功能、PLL合成功能、可編程控制功能等，它設計應用了可編程的RF收發芯片，能夠在300-1000MHz左右的頻段工作。

CCI000采用了鎖相環技術，通過內部的頻率合成來完成300-1000MHz范圍內的發射頻率的配置，該設備的發射頻率是通過內部的頻率合成器來完成的，一般會有20個左右的頻點。該芯片具有較強的靈敏度，因而，可以實現自動校準，保證通信速率達到78.6Kbps.

1.4 能源管理模塊

傳感器設計中的一大核心技術就是節能問題的處理，將節能問題處理好之后，就會使得傳感器擁有更長的工作壽命。通常情況下，傳感器所使用的電池都是鋰電池，但是，電池有使用壽命的限制，一旦電池內部的電能耗盡，就必須及時的更換新的電池，但傳感器中的電池更換不太可能，因而，電池用完之后，就會發生節點失效的現象，影響到傳感器的工作質量，因而，在進行傳感器的設計過程中，必須將能源管理模塊的設計作為一個重要的設計考慮方向。

在進行節能設計的過程中，要遵循一定的基本原則，才能夠實現高效的、高質量的節能設計。如，要保證微處理器是以最快的速度完成任務的，并且在任務完成之后，迅速進入到節能省電模式狀態。在節能狀態下，能夠實現無線射頻模塊、微處理器、硬件看門狗等器件之外的多余器件的耗電功能的切斷，只保留了微處理器、硬件看門狗的串口中斷邏輯及無線射頻模塊的耗電功能，實現了最大程度的節能降耗。

在啟動了節點，完成任務之后，就會進入到節能模式，在該模式下，監控中心訪問節點，必須經過無線射頻模塊激起節點中的微處理器，使其進入到工作模式狀態。

2.聲音傳感器的硬件設計

ATMEL公司所生產的CMOS系列中的AT89C52是一個FLASH只讀程序存儲器，它內含了256字節的隨機數據存儲器，8位單片機片，32個I/O，3個定時器/計數器。AT89C52包含一個全雙工串行通信口，一個6向量的兩級中斷結構，片內振蕩器及時鐘電路等。AT89C52可以實現0Hz的靜態邏輯操作，支持兩種以上軟件的低電量操作模式。在電腦不工作的狀態下，僅僅允許RAM、定時/計數器、串行通信口及中斷系統繼續工作，而自動停止CPU處理器的工作，實現了低功耗。

2.1 顯示模塊

在顯示設備方面，選用LCD 1602字符的液晶顯示模塊，該種型號是一種具有5*7點陣模塊的字符顯示器，它可以實現2行16字符的圖像顯示。如在第一行顯示出“設計滴數/分鐘：* * *”，而在第二行可以顯示出“實時滴數/分鐘：* * *”，實時滴數的參數是由按鍵輸入的。

2.2 按鍵模塊

按鍵模塊所具有的功能主要在于使用快捷鍵盤達到快速發出指令并操作處理的目的。分別用一個按鍵設定啟動和暫停功能，使用兩個按鍵進行滴速的設計。若I/O口資源豐富，可以把4個按鍵直接設計安裝在單片機I/O口徑上面。

2.3 泵驅動模塊

之所以要選用泵驅動模塊，是由于輸液需要準確、可靠的操作過程，而步進電機則恰好滿足了這一需求，它可以實現電脈沖信號的角位移性轉換。脈沖的數量和頻率決定了電機的轉速和停止的位置，因而，電機的準確定位，可以通過對于脈沖的個數進行控制的方式來實現，以達到準確定位的目的。

泵動驅動模塊的設計方案能夠根據按鍵的設定進行滴數/分鐘的設定，將參數范圍設定為30-40，40-50，50-60，60-70滴/分鐘，在這個大的范圍值內，根據所屬范圍控制脈沖的個數，進而實現電機轉動角位移的控制。

2.4 聲音監測模塊

LM393芯片組成了該模塊的集成電路重要構建，并與駐極體話筒共同構成了該模塊的核心成分，是由單路信號輸出指示系統完成的。聲音監測模塊的額定工作電壓是直流電4-6v，由于在有效輸出信號端口所使用的是低電平，因而可以將其直接與單片機的PI`O端口相連接。在啟動定時器時，可以檢測出一分鐘內的滴速和液滴數量，由顯示模塊中的顯示屏輸出所得的數據。在有聲音的情況下，輸出低電平，模塊的指示燈發亮。該模塊具有功耗低、體積小、使用方便的優勢。

3.結語

單片機的使用，實現了毛菲式滴管輸液的人性化設計，在很大程度上降低了工作人員的任務量，節約了人力資源成本，并且該設備本身具有體積小、造價低廉、易于操作的優勢，因而，得到了廣泛的應用和普及。單片機驅動步進電機實施的輸液速度的控制，能夠實現輸液過程的精確化和自動化，因而在臨床應用方面具有光明的發展前景。

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