声音传感器在医疗设备中的应用研究

陕西省西安市周至县中医医院 栗 峰

输液速度要根据不同的体质及年龄的人群而定，不能够整齐划一、千篇一律。例如，如果安排的输液速度过快，会导致有心脏病的群体无法承受快速的滴注所带来的静脉回流、心脏负荷加大等现象的产生，增加心脏的工作负担，进而导致心衰，因此，安排病人输液的过程中，要严格控制滴速，以获得较好输液效果。新型的输液器有着较多的优势，如体积小、耗电量少、便于携带等，并且具有安全性能高、自动化程度高、较为适应现代医学发展需求等特色，具体而言，能够做到以下几点：

(1)以LED作为显示器，方便实时查看输液速度，并作更改；

(2)能够在设备运行的过程中，实时停止输液过程，对于原有的参数做出修改；

(3)安装了自动检测报警装置，如若输液过程结束或出现输液异常的现象，能够自动报警提示。

1.声音传感器网络节点的体系结构设计

1.1 声音传感器数据采集模块的设计

传感器网络主要应用于获取各种物理环境数据，例如图像、声音、温湿度等，而物理数据的获得，主要是经由数据采集模块实现的。传感器技术组成了主要的数据采集模块，通过A/D转换器进行连接。声音传感器的构成较为简单，它主要是由声音采集器和声音放大器这两个主要的部件构成的，因而，声音传感器的本质就是一个扩音器。在进行声音传感器的设计过程中，要考虑到传感器的节能效果和节点的大小，一般会选择使用低功耗的、小型的麦克，如WM-62A。所采集到的只是模拟信号，必须将其转换为计算机系统能够识别的数字信号，而这一过程是经由A/D将电压信号进行转换的。

1.2 数据处理和计算模块的设计

传感器节点的核心部分是数据处理模块，它通常包括了内存和微处理器及嵌入式操作系统。在微处理器的选型方面，会考虑到使用三星S3C2410XRISC，它主要使用了203MHzd的主频、ARM920T的内核，并且内含有全部性能、便于携带的、性能优良及低功耗的内存处理单元（MMU），支持多系统运行模式。

在传感器的网路设计中，路由协议方面会选择使用多层聚类算法。传感器网络中的节点是处于不同的层的，所处的层越高，则覆盖面积越广。在一个工作周期内，每一个节点都有自己的状态信息，包括了所在层次、储蓄能量、聚头ID等，以等待状态形成相互了解信息的渠道。

1.3 无线通信模块的设计

传感器的信息接收，是通过无线通信完成的，而数据的收集与接收，需要通过多个节点来共同完成，而不是仅仅依靠单个节点实现的，因而，选择合适的无线通讯收发器是很重要的。

一般会采用CHIPCON公司研发的CCI000型号，具有FSK调制解调功能、PLL合成功能、可编程控制功能等，它设计应用了可编程的RF收发芯片，能够在300-1000MHz左右的频段工作。

CCI000采用了锁相环技术，通过内部的频率合成来完成300-1000MHz范围内的发射频率的配置，该设备的发射频率是通过内部的频率合成器来完成的，一般会有20个左右的频点。该芯片具有较强的灵敏度，因而，可以实现自动校准，保证通信速率达到78.6Kbps.

1.4 能源管理模块

传感器设计中的一大核心技术就是节能问题的处理，将节能问题处理好之后，就会使得传感器拥有更长的工作寿命。通常情况下，传感器所使用的电池都是锂电池，但是，电池有使用寿命的限制，一旦电池内部的电能耗尽，就必须及时的更换新的电池，但传感器中的电池更换不太可能，因而，电池用完之后，就会发生节点失效的现象，影响到传感器的工作质量，因而，在进行传感器的设计过程中，必须将能源管理模块的设计作为一个重要的设计考虑方向。

在进行节能设计的过程中，要遵循一定的基本原则，才能够实现高效的、高质量的节能设计。如，要保证微处理器是以最快的速度完成任务的，并且在任务完成之后，迅速进入到节能省电模式状态。在节能状态下，能够实现无线射频模块、微处理器、硬件看门狗等器件之外的多余器件的耗电功能的切断，只保留了微处理器、硬件看门狗的串口中断逻辑及无线射频模块的耗电功能，实现了最大程度的节能降耗。

在启动了节点，完成任务之后，就会进入到节能模式，在该模式下，监控中心访问节点，必须经过无线射频模块激起节点中的微处理器，使其进入到工作模式状态。

2.声音传感器的硬件设计

ATMEL公司所生产的CMOS系列中的AT89C52是一个FLASH只读程序存储器，它内含了256字节的随机数据存储器，8位单片机片，32个I/O，3个定时器/计数器。AT89C52包含一个全双工串行通信口，一个6向量的两级中断结构，片内振荡器及时钟电路等。AT89C52可以实现0Hz的静态逻辑操作，支持两种以上软件的低电量操作模式。在电脑不工作的状态下，仅仅允许RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作，而自动停止CPU处理器的工作，实现了低功耗。

2.1 显示模块

在显示设备方面，选用LCD 1602字符的液晶显示模块，该种型号是一种具有5*7点阵模块的字符显示器，它可以实现2行16字符的图像显示。如在第一行显示出“设计滴数/分钟：* * *”，而在第二行可以显示出“实时滴数/分钟：* * *”，实时滴数的参数是由按键输入的。

2.2 按键模块

按键模块所具有的功能主要在于使用快捷键盘达到快速发出指令并操作处理的目的。分别用一个按键设定启动和暂停功能，使用两个按键进行滴速的设计。若I/O口资源丰富，可以把4个按键直接设计安装在单片机I/O口径上面。

2.3 泵驱动模块

之所以要选用泵驱动模块，是由于输液需要准确、可靠的操作过程，而步进电机则恰好满足了这一需求，它可以实现电脉冲信号的角位移性转换。脉冲的数量和频率决定了电机的转速和停止的位置，因而，电机的准确定位，可以通过对于脉冲的个数进行控制的方式来实现，以达到准确定位的目的。

泵动驱动模块的设计方案能够根据按键的设定进行滴数/分钟的设定，将参数范围设定为30-40，40-50，50-60，60-70滴/分钟，在这个大的范围值内，根据所属范围控制脉冲的个数，进而实现电机转动角位移的控制。

2.4 声音监测模块

LM393芯片组成了该模块的集成电路重要构建，并与驻极体话筒共同构成了该模块的核心成分，是由单路信号输出指示系统完成的。声音监测模块的额定工作电压是直流电4-6v，由于在有效输出信号端口所使用的是低电平，因而可以将其直接与单片机的PI`O端口相连接。在启动定时器时，可以检测出一分钟内的滴速和液滴数量，由显示模块中的显示屏输出所得的数据。在有声音的情况下，输出低电平，模块的指示灯发亮。该模块具有功耗低、体积小、使用方便的优势。

3.结语

单片机的使用，实现了毛菲式滴管输液的人性化设计，在很大程度上降低了工作人员的任务量，节约了人力资源成本，并且该设备本身具有体积小、造价低廉、易于操作的优势，因而，得到了广泛的应用和普及。单片机驱动步进电机实施的输液速度的控制，能够实现输液过程的精确化和自动化，因而在临床应用方面具有光明的发展前景。

[1]代庆瑜,季振洲.声音传感器节点的设计[J].微计算机信息,2006(13).

[2]赵琦,陈佳品,陈凯,宋叶波.基于无线传感器网络的声音识别与定位[J].计算机测量与控制,2010(07).

[3]丁玉宝,孙加会.计算机在医疗设备中的应用[J].中国医疗前沿,2009(06).

[4]张明,于雯斐,许乃文.声音传感器在医疗设备中的创新性应用[J].科技与企业,2011(09).

[5]郝华丽.光纤触觉传感器的研究[D].大连理工大学,2012.

[6]赵广涛,程荫杭.基于超声波传感器的测距系统设计[J].微计算机信息,2005,1:129-130.