1 系統(tǒng)功能及硬件描述

　　1.1 系統(tǒng)的功能描述

　　對于處于昏迷狀態(tài)或食道進(jìn)行手術(shù)的病人,，需要一種按時,、按量對病人進(jìn)行腸營養(yǎng)液輸入的智能型腸營養(yǎng)液輸液泵，以達(dá)到維持病人生命的目的,。本文介紹的智能型腸營養(yǎng)輸液泵(以下簡稱營養(yǎng)泵)主要實現(xiàn)以下功能：

　　根據(jù)要求,，可以設(shè)定輸入營養(yǎng)液的總量、流速,、溫度等參數(shù),，并且在運(yùn)行過程中可以任意修改;

　　根據(jù)指令，自動檢測和控制營養(yǎng)液的流量和流速,，并將數(shù)據(jù)反饋給主程序;

　　根據(jù)設(shè)定營養(yǎng)液的溫度,，自動檢測和控制營養(yǎng)液的溫度，并將溫度數(shù)據(jù)反饋給主程序;

　　在出現(xiàn)營養(yǎng)液的溫度,、流量和流速異常時,，發(fā)出聲,、光報警信號;

　　使用LCD顯示各種數(shù)據(jù)，隨時查看已經(jīng)輸入營養(yǎng)液的數(shù)量,、溫度,、流量和流速;

　　營養(yǎng)泵主要由220VAC供電，同時備有應(yīng)急充電電池,，一次充電可以連續(xù)運(yùn)行12小時以上,，以備醫(yī)院緊急停時使用。

　　1.2 系統(tǒng)的硬件描述

　　本營養(yǎng)泵的電路原理框圖如圖1所示,。

　　系統(tǒng)的主控CPU采用Philips公司的89C51RD2,，實現(xiàn)系統(tǒng)的多任務(wù)控制;LCD采用北京青云的LCM12232B液晶模塊，顯示液體的控制參數(shù);控制溫度的DAC采用TI公司的TLC5615,，使?fàn)I養(yǎng)液溫度誤差達(dá)到0.1℃以內(nèi);電池容量和溫度的反饋值均為模擬電壓,，采用A/D，轉(zhuǎn)換后,，送入CPU;A/D轉(zhuǎn)換器使用的是TI公司的TLC1543;應(yīng)急電池充電電路,，采用Linear公司的LTC4006，充電電壓為12.6V,，電池容量為4000mAh;營養(yǎng)液流量反饋,，采用紅外線對管，直接由CPU記數(shù);營養(yǎng)泵電機(jī)使用直流電動機(jī),，采用控制電機(jī)運(yùn)行和停止時間的方法對轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制,，以達(dá)到控制液體流量的目的。

　　2 Small RTOS51簡介

　　Small RTOS51是一個專門為51系列單片機(jī)設(shè)計的嵌入式實時操作內(nèi)核,，使用Keil編譯器可以直接使用其代碼,，它有如下特點(diǎn)。

　　公開源代碼,。只要遵循許可協(xié)議,，任何人可以免費(fèi)獲得源泉代碼，便于用戶的二次開發(fā),。

　　可移植性,。用戶可以把與CPU有關(guān)的控制指令壓縮到最小，把大部分精力放在CPU的控制程序上,?？梢允褂肁NSI C編寫應(yīng)用程序，不僅簡化了編程手段,，而且便于程序移植,。

　　可固化性。Small RTOS51為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計，可以嵌入到產(chǎn)品中,，成為產(chǎn)品的一部分,。

　　占先式運(yùn)行。Small RTOS51可以管理16個用戶任務(wù),，每個任務(wù)可以設(shè)置不同的優(yōu)先級,。Small RTOS51總是運(yùn)行優(yōu)先級最高的任務(wù)。

　　中斷管理,。采用中斷管理方式,，當(dāng)有更高級的中斷申請時，將目前正在執(zhí)行的任務(wù)掛起,。如果優(yōu)先級更高的任務(wù)被中斷喚醒,，則高優(yōu)先級的任務(wù)在中斷嵌套結(jié)束后立刻執(zhí)行。中斷嵌套層數(shù)可達(dá)255層,。如果需要,，還可以禁止中斷的嵌套管理。

　　RAM需求小,。SmallRTOS51為小RAM的系統(tǒng)設(shè)計,，因而對RAM的需求只有幾百字節(jié)，相應(yīng)的系統(tǒng)服務(wù)也少,。

　　3 系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)

　　按照系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能,，將整個系統(tǒng)劃分為幾個并行的任務(wù)，占先式操作內(nèi)核對任務(wù)的調(diào)度是按照任務(wù)優(yōu)先權(quán)的高低進(jìn)行,。本文中，將系統(tǒng)劃分為9個任務(wù),，按其優(yōu)先級從高到低的順序排列依次是：報警任務(wù),、溫控任務(wù)、按鍵輸入任務(wù),、主控制任務(wù),、電機(jī)運(yùn)行任務(wù)、流量控制任務(wù),、記時任務(wù),、液晶顯示任務(wù)和電池電量檢測任務(wù)。系統(tǒng)上電以后進(jìn)入主程序,，首先對系統(tǒng)進(jìn)行自檢并任務(wù),，啟動9個程，此時系統(tǒng)的運(yùn)行就由Small RTOS51來接管,。

　　3.1 報警任務(wù)

　　由于本文所述的營養(yǎng)泵,，主要應(yīng)用在危重病人的看護(hù)中，所以將報警任務(wù)在放在最重要的位置。報警程序由一個全局變量setbaojing來控制,，其不斷檢測溫控程序,、流量控制程序和電池電量檢測程序的輸出值。當(dāng)上述程序出現(xiàn)故障報警信號時,，setbaojing為1,，報警程序立即使蜂鳴器和報警燈工作，并在液晶屏幕上顯示出現(xiàn)故障的名稱,，直到有人來清除故障后,，才可以正常運(yùn)行。

　　3.2 溫控任務(wù)

　　由于人體對于溫度的變化非常敏感,，而腸營養(yǎng)液是直接輸入到人的小腸當(dāng)中,，所以系統(tǒng)對溫度的要求非常高，為此,，本系統(tǒng)將溫控任務(wù)放在第二位,。先將設(shè)定的溫度參數(shù)輸入給CPU，經(jīng)過PI計算,，發(fā)出數(shù)字信號,，再用TLC5615轉(zhuǎn)換成模擬量，控制加溫電路給營養(yǎng)液加溫,。營養(yǎng)液的實際溫度,，由溫度反饋電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，再通過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號反饋給CPU,，由CPU進(jìn)行閉環(huán)控制,。

　　3.3 控制輸入任務(wù)

　　按鍵是實現(xiàn)人機(jī)交互的重要設(shè)備，要求實時性較高,。從系統(tǒng)軟件的設(shè)計角度,，不僅要讀出按鍵的狀態(tài)，還需要具有對按鍵的抖動,、連擊,、串鍵等特殊情況進(jìn)行處理。系統(tǒng)按鍵輸入任務(wù)流程如圖2所示,，本任務(wù)使用消息隊列指令KeyReadBuf[16],，向主控制程序發(fā)送按鍵的相關(guān)信息。

　　3.4 主控制任務(wù)

　　主控制任務(wù)應(yīng)用SmallRTOS51提供的系統(tǒng)函數(shù)OSQPend(KeyTemp,KeyRead Buf,0)來查錄按鍵輸入任務(wù)提供的信息,，一旦發(fā)覺KeyReadBuf[16]中有了相關(guān)信息,，立刻運(yùn)行輸入程序。根據(jù)按鍵的命令,，控制電機(jī)運(yùn)行程序,、流量控制程序,、液晶顯示程序的運(yùn)行及停止，每當(dāng)有一組按鍵信息進(jìn)入消息隊列中,，本程序就修改一次運(yùn)行指令,。

　　3.5 電機(jī)運(yùn)行任務(wù)

　　電機(jī)運(yùn)行任務(wù)一直處于等待的狀態(tài)，當(dāng)主控制程序給它發(fā)關(guān)字相應(yīng)的指令才開始運(yùn)行,。在運(yùn)行過程中,，電機(jī)運(yùn)行任務(wù)受到主控制程序和流量控制程序的控制，一旦有停止運(yùn)行的命令,，或流量有異常,，就立刻停止電機(jī)的運(yùn)行。

　　3.6 流量控制任務(wù)

　　液量控制任務(wù)主要由CPU來控制輸入營養(yǎng)液的流量及流速,。正常運(yùn)行情況下,，流量控制程序會向液晶顯示程序發(fā)送流量及流速的信息，使液晶上顯示已經(jīng)輸入營養(yǎng)液的數(shù)量,、流量及流速,。一旦發(fā)生異常情況，如流速過快,、一段時間營養(yǎng)液沒有流動等故障,，立刻向電機(jī)運(yùn)行程序發(fā)出指令，停止電機(jī)的運(yùn)行,，同時將setbaojing置1,，使報警程序運(yùn)行。

　　3.7 記時任務(wù)

　　記時任務(wù)主要是為系統(tǒng)提供一個同步時鐘,，為系統(tǒng)提供同步運(yùn)行的基準(zhǔn),。

　　3.8 液晶顯示任務(wù)

　　液晶顯示任務(wù)主要由主控制程序、報警程序,、流量控制程序,、電池電量檢測程序傳遞到消息隊列中的參數(shù)。通過運(yùn)行顯示程序,，在液晶上顯示相關(guān)的漢字和字符,，本身不向其它任務(wù)發(fā)送命令,。

　　3.9 電池電量檢測任務(wù)

　　一旦發(fā)生220VAC市電斷電的情況,，營養(yǎng)泵會立刻自動切換到內(nèi)置的鋰電池供電，電池可以連續(xù)使用12小時以上,。電池電量檢測程序會自動運(yùn)行,，檢測電池的電量。在電量低的情況,，電池電量檢測程序會發(fā)出報警信號,，但不會主動停止系統(tǒng)的運(yùn)行,。

　　4 試驗數(shù)據(jù)

　　用本文所述的智能腸營養(yǎng)液泵對目前市場上常用的幾種營養(yǎng)袋進(jìn)行實驗。

　　以上實驗數(shù)據(jù)表明,，本智能腸營養(yǎng)液泵的輸液量精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前市場上10%的通用標(biāo)準(zhǔn),，并且對各種品牌的營養(yǎng)液袋都能控制在足夠的精度范圍內(nèi)。

　　結(jié)語

　　在腸營養(yǎng)液泵的設(shè)計中,，使用了Small TROS51,，大大簡化了程序設(shè)計的難度，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和安全性,，滿足系統(tǒng)實時性要求,。本設(shè)計達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)，并且已經(jīng)在臨庫中開始使用.