基于Small RTOS51的肠营养液输液系统设计

2010-11-17 20:21:46来源: 单片机及嵌入式系统应用

引言

  随着各种电子系统在各个领域中应用的不断深入,对电子系统本身的要求也越来越高,尤其对于控制系统软件设计的可靠性、实时响应等各个方面的性能有了更严格的要求。单片机的程序设计不再是前后台的运行模式,而是采用多任务实时操作系统的设计思想。由于使用嵌入式操作系统,可以将具体应用分解成多个任务,简化了应用系统软件的设计,使控制系统的实时性得到保证,使其达到理想状态。良好的多任务设计,还有助于提高系统的稳定性和可靠性。

  目前,国内应用最多的是以51系列单片机为主的8位单片机。在51系列单片机系统中,可以进行移植的嵌入式操作系统为数不多。其中,Keil自带的RTX51没有源代码,使用起来很不方便;uC/OSII虽然有源代码,也有移植成的例子,但是,它对于51系列单片机系统的资源占用过大,需要外扩RAM,而且要保证每个函数的可重入性,使用起来比较勉强。Small RTOS51是专门为小RAM系统设计的占先式内核,占用资源少、实时性好,应用在本系统上非常合适。

1 系统功能及硬件描述

  1.1 系统的功能描述

  对于处于昏迷状态或食道进行手术的病人,需要一种按时、按量对病人进行肠营养液输入的智能型肠营养液输液泵,以达到维持病人生命的目的。本文介绍的智能型肠营养输液泵(以下简称营养泵)主要实现以下功能:

  • 根据要求,可以设定输入营养液的总量、流速、温度等参数,并且在运行过程中可以任意修改;
  • 根据指令,自动检测和控制营养液的流量和流速,并将数据反馈给主程序;
  • 根据设定营养液的温度,自动检测和控制营养液的温度,并将温度数据反馈给主程序;
  • 在出现营养液的温度、流量和流速异常时,发出声、光报警信号;
  • 使用LCD显示各种数据,随时查看已经输入营养液的数量、温度、流量和流速;
  • 营养泵主要由220VAC供电,同时备有应急充电电池,一次充电可以连续运行12小时以上,以备医院紧急停时使用。

  1.2 系统的硬件描述

  本营养泵的电路原理框图如图1所示。

本营养泵的电路原理框图

  系统的主控CPU采用Philips公司的89C51RD2,实现系统的多任务控制;LCD采用北京青云的LCM12232B液晶模块,显示液体的控制参数;控制温度的DAC采用TI公司的TLC5615,使营养液温度误差达到0.1℃以内;电池容量和温度的反馈值均为模拟电压,采用A/D,转换后,送入CPU;A/D转换器使用的是TI公司的TLC1543;应急电池充电电路,采用Linear公司的LTC4006,充电电压为12.6V,电池容量为4000mAh;营养液流量反馈,采用红外线对管,直接由CPU记数;营养泵电机使用直流电动机,采用控制电机运行和停止时间的方法对转速进行闭环控制,以达到控制液体流量的目的。

2 Small RTOS51简介

  Small RTOS51是一个专门为51系列单片机设计的嵌入式实时操作内核,使用Keil编译器可以直接使用其代码,它有如下特点。

  • 公开源代码。只要遵循许可协议,任何人可以免费获得源泉代码,便于用户的二次开发。
  • 可移植性。用户可以把与CPU有关的控制指令压缩到最小,把大部分精力放在CPU的控制程序上。可以使用ANSI C编写应用程序,不仅简化了编程手段,而且便于程序移植。
  • 可固化性。Small RTOS51为嵌入式系统设计,可以嵌入到产品中,成为产品的一部分。
  • 占先式运行。Small RTOS51可以管理16个用户任务,每个任务可以设置不同的优先级。Small RTOS51总是运行优先级最高的任务。
  • 中断管理。采用中断管理方式,当有更高级的中断申请时,将目前正在执行的任务挂起。如果优先级更高的任务被中断唤醒,则高优先级的任务在中断嵌套结束后立刻执行。中断嵌套层数可达255层。如果需要,还可以禁止中断的嵌套管理。
  • RAM需求小。SmallRTOS51为小RAM的系统设计,因而对RAM的需求只有几百字节,相应的系统服务也少。

3 系统的软件实现

  按照系统所要实现的功能,将整个系统划分为几个并行的任务,占先式操作内核对任务的调度是按照任务优先权的高低进行。本文中,将系统划分为9个任务,按其优先级从高到低的顺序排列依次是:报警任务、温控任务、按键输入任务、主控制任务、电机运行任务、流量控制任务、记时任务、液晶显示任务和电池电量检测任务。系统上电以后进入主程序,首先对系统进行自检并任务,启动9个程,此时系统的运行就由Small RTOS51来接管。

  3.1 报警任务

  由于本文所述的营养泵,主要应用在危重病人的看护中,所以将报警任务在放在最重要的位置。报警程序由一个全局变量setbaojing来控制,其不断检测温控程序、流量控制程序和电池电量检测程序的输出值。当上述程序出现故障报警信号时,setbaojing为1,报警程序立即使蜂鸣器和报警灯工作,并在液晶屏幕上显示出现故障的名称,直到有人来清除故障后,才可以正常运行。

  3.2 温控任务

  由于人体对于温度的变化非常敏感,而肠营养液是直接输入到人的小肠当中,所以系统对温度的要求非常高,为此,本系统将温控任务放在第二位。先将设定的温度参数输入给CPU,经过PI计算,发出数字信号,再用TLC5615转换成模拟量,控制加温电路给营养液加温。营养液的实际温度,由温度反馈电路转换成电压信号,再通过A/D转换成数字信号反馈给CPU,由CPU进行闭环控制。

 

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关键字:SmallRTOS51  肠营养液  输液系统

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2010/1117/article_1661.html
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