基于Small RTOS51的腸營養(yǎng)液輸液系統(tǒng)

1、基于Small RTOS51的腸營養(yǎng)液輸液系統(tǒng)來源：單片機及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 北京航空航天大學(xué)陳杰峰王自強摘要：介紹一種基于SallRTS51嵌入式操作系統(tǒng)的醫(yī)療儀器智能型腸營養(yǎng)液輸液泵。首先介紹系統(tǒng)的功能及硬件組成，然后重點介紹如何利用SallRTS51來設(shè)計系統(tǒng)軟件。最后，給出應(yīng)用SallRTS51嵌入式操作系統(tǒng)制造的智能型腸營養(yǎng)液輸液泵的試驗數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：SallRTS51實時操作系統(tǒng)腸營養(yǎng)液泵嵌入式操作系統(tǒng)引言隨著各種電子系統(tǒng)在各個領(lǐng)域中應(yīng)用的不斷深化，對電子系統(tǒng)本身的要求也越來越高，尤其對于控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的可靠性、實時響應(yīng)等各個方面的性能有了更嚴(yán)格的要求。單片機的程序設(shè)計不再是前后臺

2、的運行形式，而是采用多任務(wù)實時操作系統(tǒng)的設(shè)計思想。由于使用嵌入式操作系統(tǒng)，可以將詳細應(yīng)用分解成多個任務(wù)，簡化了應(yīng)用系統(tǒng)軟件的設(shè)計，使控制系統(tǒng)的實時性得到保證，使其到達理想狀態(tài)。良好的多任務(wù)設(shè)計，還有助于進步系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。目前，國內(nèi)應(yīng)用最多的是以51系列單片機為主的8位單片機。在51系列單片機系統(tǒng)中，可以進展移植的嵌入式操作系統(tǒng)為數(shù)不多。其中，KEil自帶的RTX51沒有源代碼，使用起來很不方便；u/SII雖然有源代碼，也有移植成的例子，但是，它對于51系列單片機系統(tǒng)的資源占用過大，需要外擴RA，而且要保證每個函數(shù)的可重入性，使用起來比較勉強。SallRTS51是專門為小RA系統(tǒng)設(shè)計的占

3、先式內(nèi)核，占用資源少、實時性好，應(yīng)用在本系統(tǒng)上非常適宜。1系統(tǒng)功能及硬件描繪11系統(tǒng)的功能描繪對于處于昏迷狀態(tài)或食道進展手術(shù)的病人，需要一種按時、按量對病人進展腸營養(yǎng)液輸入的智能型腸營養(yǎng)液輸液泵，以到達維持病人生命的目的。本文介紹的智能型腸營養(yǎng)輸液泵以下簡稱營養(yǎng)泵主要實現(xiàn)以下功能：*根據(jù)要求，可以設(shè)定輸入營養(yǎng)液的總量、流速、溫度等參數(shù)，并且在運行過程中可以任意修改；*根據(jù)指令，自動檢測和控制營養(yǎng)液的流量和流速，并將數(shù)據(jù)反響給主程序；*根據(jù)設(shè)定營養(yǎng)液的溫度，自動檢測和控制營養(yǎng)液的溫度，并將溫度數(shù)據(jù)反響給主程序；*在出現(xiàn)營養(yǎng)液的溫度、流量和流速異常時，發(fā)出聲、光報警信號；*使用LD顯示各種數(shù)據(jù)，隨

4、時查看已經(jīng)輸入營養(yǎng)液的數(shù)量、溫度、流量和流速；*營養(yǎng)泵主要由220VA供電，同時備有應(yīng)急充電電池，一次充電可以連續(xù)運行12小時以上，以備醫(yī)院緊急停時使用。12系統(tǒng)的硬件描繪本營養(yǎng)泵的電路原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)的主控PU采用Philips公司的8951RD2，實現(xiàn)系統(tǒng)的多任務(wù)控制；LD采用北京青云的L12232B液晶模塊，顯示液體的控制參數(shù)；控制溫度的DA采用TI公司的TL5615，使?fàn)I養(yǎng)液溫度誤差到達0.1以內(nèi)；電池容量和溫度的反響值均為模擬電壓，采用A/D，轉(zhuǎn)換后，送入PU；A/D轉(zhuǎn)換器使用的是TI公司的TL1543；應(yīng)急電池充電電路，采用Linear公司的LT4006，充電電壓為12.6

5、V，電池容量為4000Ah；營養(yǎng)液流量反響，采用紅外線對管，直接由PU記數(shù)；營養(yǎng)泵電機使用直流電動機，采用控制電機運行和停頓時間的方法對轉(zhuǎn)速進展閉環(huán)控制，以到達控制液體流量的目的。2SallRTS51簡介SallRTS51是一個專門為51系列單片機設(shè)計的嵌入式實時操作內(nèi)核，使用Keil編譯器可以直接使用其代碼，它有如下特點。公開源代碼。只要遵循容許協(xié)議，任何人可以免費獲得源泉代碼，便于用戶的二次開發(fā)。可移植性。用戶可以把與PU有關(guān)的控制指令壓縮到最小，把大部分精力放在PU的控制程序上?？梢允褂肁NSI編寫應(yīng)用程序，不僅簡化了編程手段，而且便于程序移植?？晒袒?。SallRTS51為嵌入式系統(tǒng)設(shè)

6、計，可以嵌入到產(chǎn)品中，成為產(chǎn)品的一部分。占先式運行。SallRTS51可以管理16個用戶任務(wù)，每個任務(wù)可以設(shè)置不同的優(yōu)先級。SallRTS51總是運行優(yōu)先級最高的任務(wù)。中斷管理。采用中斷管理方式，當(dāng)有更高級的中斷申請時，將目前正在執(zhí)行的任務(wù)掛起。假設(shè)優(yōu)先級更高的任務(wù)被中斷喚醒，那么高優(yōu)先級的任務(wù)在中斷嵌套完畢后立即執(zhí)行。中斷嵌套層數(shù)可達255層。假設(shè)需要，還可以制止中斷的嵌套管理。RA需求校SallRTS51為小RA的系統(tǒng)設(shè)計，因此對RA的需求只有幾百字節(jié)，相應(yīng)的系統(tǒng)效勞也少。3系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)按照系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，將整個系統(tǒng)劃分為幾個并行的任務(wù)，占先式操作內(nèi)核對任務(wù)的調(diào)度是按照任務(wù)優(yōu)先權(quán)的上

7、下進展。本文中，將系統(tǒng)劃分為9個任務(wù)，按其優(yōu)先級從高到低的順序排列依次是：報警任務(wù)、溫控任務(wù)、按鍵輸入任務(wù)、主控制任務(wù)、電機運行任務(wù)、流量控制任務(wù)、記時任務(wù)、液晶顯示任務(wù)和電池電量檢測任務(wù)。系統(tǒng)上電以后進入主程序，首先對系統(tǒng)進展自檢并任務(wù)，啟動9個程，此時系統(tǒng)的運行就由SallRTS51來接收。31報警任務(wù)由于本文所述的營養(yǎng)泵，主要應(yīng)用在危重病人的看護中，所以將報警任務(wù)在放在最重要的位置。報警程序由一個全局變量setbajing來控制，其不斷檢測溫控程序、流量控制程序和電池電量檢測程序的輸出值。當(dāng)上述程序出現(xiàn)故障報警信號時，setbajing為1，報警程序立即使蜂鳴器和報警燈工作，并在液晶屏幕

8、上顯示出現(xiàn)故障的名稱，直到有人來去除故障后，才可以正常運行。32溫控任務(wù)由于人體對于溫度的變化非常敏感，而腸營養(yǎng)液是直接輸入到人的小腸當(dāng)中，所以系統(tǒng)對溫度的要求非常高，為此，本系統(tǒng)將溫控任務(wù)放在第二位。先將設(shè)定的溫度參數(shù)輸入給PU，經(jīng)過PI計算，發(fā)出數(shù)字信號，再用TL5615轉(zhuǎn)換成模擬量，控制加溫電路給營養(yǎng)液加溫。營養(yǎng)液的實際溫度，由溫度反響電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，再通過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號反響給PU，由PU進展閉環(huán)控制。33控制輸入任務(wù)按鍵是實現(xiàn)人機交互的重要設(shè)備，要務(wù)實時性較高。從系統(tǒng)軟件的設(shè)計角度，不僅要讀出按鍵的狀態(tài)，還需要具有對按鍵的抖動、連擊、串鍵等特殊情況進展處理。系統(tǒng)按鍵輸入任務(wù)流

9、程如圖2所示，本任務(wù)使用消息隊列指令KeyReadBuf16，向主控制程序發(fā)送按鍵的相關(guān)信息。34主控制任務(wù)主控制任務(wù)應(yīng)用SallRTS51提供的系統(tǒng)函數(shù)SQPend(KeyTep,KeyReadBuf,0)來查錄按鍵輸入任務(wù)提供的信息，一旦覺察KeyReadBuf16中有了相關(guān)信息，立即運行輸入程序。根據(jù)按鍵的命令，控制電機運行程序、流量控制程序、液晶顯示程序的運行及停頓，每當(dāng)有一組按鍵信息進入消息隊列中，本程序就修改一次運行指令。3.5電機運行任務(wù)電機運行任務(wù)一直處于等待的狀態(tài)，當(dāng)主控制程序給它發(fā)關(guān)字相應(yīng)的指令才開始運行。在運行過程中，電機運行任務(wù)受到主控制程序和流量控制程序的控制，一旦有

10、停頓運行的命令，或流量有異常，就立即停頓電機的運行。36流量控制任務(wù)液量控制任務(wù)主要由PU來控制輸入營養(yǎng)液的流量及流速。正常運行情況下，流量控制程序會向液晶顯示程序發(fā)送流量及流速的信息，使液晶上顯示已經(jīng)輸入營養(yǎng)液的數(shù)量、流量及流速。一旦發(fā)生異常情況，如流速過快、一段時間營養(yǎng)液沒有流動等故障，立即向電機運行程序發(fā)出指令，停頓電機的運行，同時將setbajing置1，使報警程序運行。37記時任務(wù)記時任務(wù)主要是為系統(tǒng)提供一個同步時鐘，為系統(tǒng)提供同步運行的基準(zhǔn)。38液晶顯示任務(wù)液晶顯示任務(wù)主要由主控制程序、報警程序、流量控制程序、電池電量檢測程序傳遞到消息隊列中的參數(shù)。通過運行顯示程序，在液晶上顯示相關(guān)的漢字和字符，本身不向其它任務(wù)發(fā)送命令。39電池電量檢測任務(wù)一旦發(fā)生220VA市電斷電的情況，營養(yǎng)泵會立即自動切換到內(nèi)置的鋰電池供電，電池可以連續(xù)使用12小時以上。電池電量檢測程序會自動運行，檢測電池的電量。在電量低的情況，電池電量檢測程序會發(fā)出報警信號，但不會主動停頓系統(tǒng)的運行。4試驗數(shù)據(jù)用本文所述的智能腸營養(yǎng)液泵對目前市場上常