摘要：本文设计与实现一套基于CAN总线的智能输液监控系统。该系统综合运用嵌入式系统技术、单片机控制技术、光电检测技术、通信技术、减速电机控制等技术，能够对输液过程进行现场实时监控，包括对输液液滴采集、输液速度控制、输液接近结束时液位检测，并通过 CAN 总线把输液过程中的信息及时上传给护士总值班室的 PC当中，对输液进行实时监控。在实际应用中既可下位机单独工作，又可通过 CAN 总线实现下位机、上位机联机工作，满足了目前临床医学的需求。
关键词：输液监控系统 CAN总线 MCP 2510 适配器
1、系统总体设计
1.1 系统组成
输液监控系统由三部分组成：上位机、下位机、系统互连机制。上位机包括PC和CAN总线适配器两部分，它可以看成是一个扩展了的PC，上位机是整个系统的核心，负责协调和控制整个系统的工作，接收从下位机发送的数据，并对其进行分析和处理；下位机是输液监控系统的数据采集者，当患者输液时，负责采集输液滴速等输液状态信息，在接收到上位机的指令后，把当前采集的数据传输给上位机。
1.2 系统拓扑结构
本系统上位机和下位机的连接采用“总线网络”模型，如图1所示。PC和USB适配器处在总线上，作为总线上一个节点，各下位机处于CAN总线的其他节点上，上位机和下位机通过多主的方式进行数据传输，本系统设计了110个下位机。
2、基于CAN总线的系统通信设计
通信模块程序设计分为两部分：第一部分是串行通信口的参数设置，主从机之间采用串行通信；第二部分是通信协议的约定。本设计中主从机之间采用 CAN 总线进行通信，CAN 总线节点的软件设计主要包括三大部分：CAN 节点初始化、报文发送和报文接收。本设计的从机串行口初始化在主模块完成，使本机处于通讯状态。 MCP 2510的初始化只有在复位模式下才可以进行初始化。在完成 MCP 2510的初始化设置以后， MCP2510就可以回到工作状态进行正常的通信任务。发送子程序负责节点报文的发送，发送时用户只需将待发送的数据按特定格式组合成一帧报文送入 MCP 2510发送缓存区中，然后启动 MCP 2510发送即可。接收子程序负责节点报文的接收以及其它情况处理，MCP 2510报文的接收采用查询接收方式。
3、PC机通信接口模块设计
系统使用外置的数据转换适配器，即USB TO CAN，此设备可将USB信号和CAN信号进行转换。
3.1 适配器与CAN总线通信
适配器可以将PC的USB信号转换为CAN信号，CAN 通信协议主要描述设备之间的信息传递方式。CAN 层的定义与开放系统互连模型 （OSI）一致。每一层与另一设备上相同的那一层通讯。实际的通讯发生在每一设备上相邻的两层，而设备只通过模型物理层的物理介质互连。
3.2 CAN报文定义
主站与从站之间的通信报文也需要定义，这就是CAN总线的通信协议。考虑到本系统应用CAN报文，因此对于CAN总线只要知道了解应用层报文即可。
3.2.1 CAN ID域数据定义
ID域可以是11位和29位，其值和含义可以由用户自定义，可以用作高层协议的管理，依据输液系统的需求，我们采用29位，定义CAN ID如下：
位序号：1、2、3；名称：优先级；描述：可以设置0-7，8种报文优先级，可以满足严重程度不同的等级的需要，如，患者报警，优先级最高。
位序号4；名称：功能号；描述：0表示主站指令、1表示从站指令。
位序号5、6、7、8 ；名称：功能号；描述：预留。
位序号9、10、11、12、13 ；名称：楼号；描述：使用5位表示楼层号，可以最多满足32栋楼。
位序号14、15、16、17、18、19 ；名称：楼层号；描述：使用6位表示楼层号，可以最多满足64层楼。
位序号20、21、22、23、24、25、26 ；名称：房间号；描述：使用7位表示房间号，可以满足最多128个房间，可扩展性强。
位序号27、28、29 ；名称：床位号；描述：使用3位表示床位号，一个房间最多有8个床位。
3.2.2 CAN DATA域数据定义
CAN报文数据域有8个字节，考虑到输液时实时信息和交互的报文，使用8个字节（64位）可以充分表示所有信息，所以使用单帧传输实时信息，以达到高效。
字节号：1；名称：功能号；描述：根据功能的不同，定义出不同的功能号。
字节号：2；名称：子功能或详细说明；描述：在同种功能下可以细化具体的子项功能。
字节号：1；名称：数据1；描述：可根据功能的不同，定义出具体的内容，如滴液速度，警报灯显示等。
字节号：4、5；名称：数据2、数据3；描述：患者姓名或者编号。
字节号：6；名称：数据4；描述：药物编号。
字节号：7；名称：数据5；描述：时间记录。
字节号：8；名称：数据6；描述：患者状态。
4、总结与展望
现代医疗技术的飞速发展要求相应配套的医疗设施和服务提供，输液作为最为常用的医疗手段，输液监控器材已越来越广泛被使用。本系统在通信方面采用CAN总线结构，它的最远通信距离为3000米，而且在RS-485接口总线上最多只能连接128个下位机。因此，在大于3000米的远距离通信和下位机的个数比较多时，还要中继站的转送。
输液监控系统的发展趋势是网络化，目前医院的普通病房和输液观察室还很少使用这种设备，但是如果出现一种可以接收的低成本的输液监控系统，它的应用前景将不可估量。
参考文献
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