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隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與進步，以及電子、計算機等技術(shù)的發(fā)展，目前，醫(yī)院普遍使用玻璃轉(zhuǎn)子式氣體流量計來控制和測量氧氣流量。這種流量計裝卸方便，可以隨時插入病房床頭設(shè)備帶上的供氧終端接口，通過調(diào)節(jié)玻璃轉(zhuǎn)子的位置，能夠控制當前的 氧氣流量。通常每個病區(qū)都配備若干玻璃轉(zhuǎn)子式氣體流量計，護士根據(jù)需要為不同病房的患者提供輸氧服務(wù)。有些患者和家屬也能夠裝卸和調(diào)整流量計。當需要輸氧的患者較多時，護士往往無法精確掌握不同患者的輸氧時間以及流量計的去向，影響輸氧設(shè)備的管理和輸氧計時的準確性。針對以上問題，本文設(shè)計了一套智能輸氧監(jiān)測系統(tǒng)，直接在輸氧管上加裝傳感器，利用NB-IoT技術(shù)將傳感器獲取的流量數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到護士手機APP，以便護士及時掌握患者輸氧情況和流量計的使用情況。

1. 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

1.1 概述

該NB-IOT醫(yī)用智能輸氧監(jiān)測系統(tǒng)基于意法半導體的 stm32l031 系列主控芯片，具有超低的運行及待機休眠功耗，搭配 ME3616NB-IoT 模塊，以及中國電信物聯(lián)網(wǎng)開放平臺等。實現(xiàn)醫(yī)院患者輸氧時氧氣流速以及是否正常的監(jiān)測。

 

 

 

圖 2-1  總體框圖

 

1.2 硬件總體設(shè)計

1.2.1 處理器

采用 ST 公司的 STM32 系列芯片做為主控。本次為了完成本次的任務(wù)要求， 我們所使用的是 STM32L031K6T6。由 ST 廠商推出的 STM32 系列單片機，行業(yè)的朋友都知道，這是一款性價比超高,運行待機及睡眠功耗超低的系列單片機，功能及其強大。其基于專為要求低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的 ARM Cortex-M0+ 內(nèi)核，同時具有一流的外設(shè)： 12 位 ADC， UART， SPI 等等，在功耗和集成度方面有不俗的表現(xiàn)，其簡單的結(jié)構(gòu)和易用的工具再配合其強大的功能在行業(yè)中赫赫有名。

 

1.2.2 ME3616 NB-IoT模塊

ME3616 是一款支持NB-IoT通信標準的窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)通信模組。在NB-IoT制式下，該模塊可以提供最大66 Kbps上行速率和34 Kbps下行速率。該模塊為極小尺寸LCC緊湊型封裝模塊，適用于可穿戴設(shè)備等對于模塊尺寸有嚴格要求的應(yīng)用領(lǐng)域。

 

ME3612專為低速率、低功耗、遠距離、海量連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計。該模塊支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（CoAP、TCP/UDP、MQTT）和多種低功耗模式(PSM、eDRX)。這些協(xié)議和功能可以讓它應(yīng)用在智能表計、智能停車、資產(chǎn)追蹤和可穿戴設(shè)備等多種物聯(lián)網(wǎng)及M2M的應(yīng)用場景中。

 

1.2.3 FS2012氣流傳感器

IDT質(zhì)量流量傳感器模塊測量氣體或液體流過傳感表面采用熱傳遞(量熱)原理。流傳感器采用一系列MEMS熱電偶，性能優(yōu)異信噪比。有源MEMS的固體熱隔離

傳感元件與碳化硅薄膜涂層提供了優(yōu)異的性能耐磨，長期可靠。IDT提供一個未經(jīng)校準的毫伏輸出版本(FS1012)，未經(jīng)校準放大電路(FS102x)全校準線性化(FS2012)模塊的氣體或液體的典型精度下降到2%的讀數(shù)。這些質(zhì)量流量傳感器是理想的工業(yè)過程中使用，醫(yī)療保健和醫(yī)療市場。

2.3 程序及通信方式設(shè)計

2.3.1 程序設(shè)計流程圖

 

 

2.3.2 單片機通信方式

單片機的通信協(xié)議與ME3616 NB-IoT模塊采用 UART 協(xié)議。

UART 是一種通用串行數(shù)據(jù)總線，用于異步通信。該總線雙向通信，可以實現(xiàn)全雙工傳輸和接收。在嵌入式設(shè)計中，UART 用來主機與輔助設(shè)備通信，如汽車音響與外接 AP 之間的通信，與 PC 機通信包括與監(jiān)控調(diào)試器和其它器件，如

EEPROM 通信。

UART 首先將接收到的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)來傳輸。消息幀從一個低位起始位開始，后面是 5~8 個數(shù)據(jù)位，一個可用的奇偶位和一個或幾個高位停止位。接 收器發(fā)現(xiàn)開始位時它就知道數(shù)據(jù)準備發(fā)送，并嘗試與發(fā)送器時鐘頻率同步。如果選擇了奇偶，UART 就在數(shù)據(jù)位后面加上奇偶位。奇偶位可用來幫助錯誤校驗。

在接收過程中，UART 從消息幀中去掉起始位和結(jié)束位，對進來的字節(jié)進行奇偶校驗，并將數(shù)據(jù)字節(jié)從串行轉(zhuǎn)換成并行。UART 也產(chǎn)生額外的信號來指示發(fā)送和接收的狀態(tài)。例如，如果產(chǎn)生一個奇偶錯誤，UART 就置位奇偶標志。UART 作為異步串口通信協(xié)議的一種，工作原理是將傳輸數(shù)據(jù)的每個字符一位接一位地傳輸。

 

 

 

圖 2-3-1 單片機與FS2012以及ME3616之間的通信示意圖

 

 

2.3.3 云平臺及安卓APP

 

 

 

圖 2-3-2 云平臺Profile截圖

 

 

圖 2-3-3 安卓APP截圖