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隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與進(jìn)步，以及電子、計(jì)算機(jī)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(jì)來控制和測(cè)量氧氣流量。這種流量計(jì)裝卸方便，可以隨時(shí)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(dāng)前的 氧氣流量。通常每個(gè)病區(qū)都配備若干玻璃轉(zhuǎn)子式氣體流量計(jì)，護(hù)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(jì)。當(dāng)需要輸氧的患者較多時(shí)，護(hù)士往往無法精確掌握不同患者的輸氧時(shí)間以及流量計(jì)的去向，影響輸氧設(shè)備的管理和輸氧計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性。針對(duì)以上問題，本文設(shè)計(jì)了一套智能輸氧監(jiān)測(cè)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(hù)士手機(jī)APP，以便護(hù)士及時(shí)掌握患者輸氧情況和流量計(jì)的使用情況。

1. 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

1.1 概述

該NB-IOT醫(yī)用智能輸氧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于意法半導(dǎo)體的 stm32l031 系列主控芯片，具有超低的運(yùn)行及待機(jī)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(tái)等。實(shí)現(xiàn)醫(yī)院患者輸氧時(shí)氧氣流速以及是否正常的監(jiān)測(cè)。

 

 

 

圖 2-1  總體框圖

 

1.2 硬件總體設(shè)計(jì)

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(jī)，行業(yè)的朋友都知道，這是一款性價(jià)比超高,運(yùn)行待機(jī)及睡眠功耗超低的系列單片機(jī)，功能及其強(qiáng)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(jì)的 ARM Cortex-M0+ 內(nèi)核，同時(shí)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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(duì)于模塊尺寸有嚴(yán)格要求的應(yīng)用領(lǐng)域。

 

ME3612專為低速率、低功耗、遠(yuǎn)距離、海量連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。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(jì)、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(chǎng)景中。

 

1.2.3 FS2012氣流傳感器

IDT質(zhì)量流量傳感器模塊測(cè)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(gè)未經(jīng)校準(zhǔn)的毫伏輸出版本(FS1012)，未經(jīng)校準(zhǔn)放大電路(FS102x)全校準(zhǔn)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(chǎng)。

2.3 程序及通信方式設(shè)計(jì)

2.3.1 程序設(shè)計(jì)流程圖

 

 

2.3.2 單片機(jī)通信方式

單片機(jī)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(shí)現(xiàn)全雙工傳輸和接收。在嵌入式設(shè)計(jì)中，UART 用來主機(jī)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(jī)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(gè)低位起始位開始，后面是 5~8 個(gè)數(shù)據(jù)位，一個(gè)可用的奇偶位和一個(gè)或幾個(gè)高位停止位。接 收器發(fā)現(xiàn)開始位時(shí)它就知道數(shù)據(jù)準(zhǔn)備發(fā)送，并嘗試與發(fā)送器時(shí)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(cuò)誤校驗(yàn)。

在接收過程中，UART 從消息幀中去掉起始位和結(jié)束位，對(duì)進(jìn)來的字節(jié)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，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(hào)來指示發(fā)送和接收的狀態(tài)。例如，如果產(chǎn)生一個(gè)奇偶錯(cuò)誤，UART 就置位奇偶標(biāo)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(gè)字符一位接一位地傳輸。

 

 

 

圖 2-3-1 單片機(jī)與FS2012以及ME3616之間的通信示意圖

 

 

2.3.3 云平臺(tái)及安卓APP

 

 

 

圖 2-3-2 云平臺(tái)Profile截圖

 

 

圖 2-3-3 安卓APP截圖