動物藥理自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1、    動物藥理自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)        廖高華1， 謝越峰2 時間:2008年07月24日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:        摘要： 為了對動物藥理實驗進行監(jiān)測，借助單片機技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)和RS485串行通信技術(shù)等，開

2、發(fā)了一套分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的動物藥理實驗自動監(jiān)測系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)的組成及實驗結(jié)果?，F(xiàn)場實際應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有可靠性和精度高、成本低、使用方便、可維護性好等優(yōu)點，而且簡化了結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞： 自動監(jiān)控系統(tǒng) 單片機 RS-485總線 動物藥理1。這里，針對醫(yī)院動物藥理實驗檢測現(xiàn)場的需要，開發(fā)了一套動物藥理實驗自動監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可監(jiān)測動物環(huán)境的溫度、大氣壓力和荷重，并可根據(jù)控制需要調(diào)節(jié)動物所處高壓倉的溫度和氣壓。1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?2 智能數(shù)據(jù)采集儀2.1傳感與檢測模塊因為需要檢測動物籠中的溫度、空氣壓力和動物的活動能量，因此設(shè)計了測溫、測氣壓和測動物活動能量三個模塊，各模塊分別采用溫度、荷重、氣壓傳感器

3、進行采集。把溫度傳感器LM335作為一個兩端器件與一個電阻串聯(lián)，再加上適當?shù)碾妷海涂梢缘玫届`敏度為10mV/K、直接正比于絕對溫度的測溫電路模塊。測量動物所處的動物籠內(nèi)的空氣壓力(高壓密封倉內(nèi)的空氣壓力)以及籠外的空氣壓力，采用Motorola公司生產(chǎn)的MPX100集成應(yīng)變式壓力傳感器模塊來完成。這個模塊采用X形壓敏電阻，實現(xiàn)了085范圍內(nèi)的溫度補償2。2.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊ref、通道AIN8連接GND作為檢測A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果正確與否的檢測通道，使系統(tǒng)具有A/D轉(zhuǎn)換器件的自檢功能，以保證系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換的可靠性。2.3 實時時鐘模塊硬件時鐘較軟件合成的時鐘準確性高。硬件時鐘采用DS12887來

4、提供。DS12887片內(nèi)共有128個字節(jié)的帶有掉電保護功能的RAM3。另外，DS12887具有頻率可調(diào)的方波輸出能力，可以利用該特性來定時采集A/D數(shù)據(jù)，連接DS12887的SQW管腳與89C51的2.4 人機界面設(shè)計鍵盤采用4×4距陣鍵盤，鍵的功能定義分為數(shù)字鍵和功能鍵，數(shù)字鍵為09，系統(tǒng)的功能鍵主要有CLR(清除鍵)、OK(確認鍵)、MENU(主菜單鍵)、上翻鍵、下翻鍵。液晶顯示器選用信利公司的產(chǎn)品，其分辨率為128×32點陣。人機界面接口設(shè)計如圖4所示。?2.5 功率接口與看門狗模塊為了對被測對象所在環(huán)境的溫度、壓力等參數(shù)進行調(diào)控，系統(tǒng)必須與大功率的外部設(shè)備如壓縮機、

5、空調(diào)等接口。同時為防止干擾造成程序跑飛而破壞RAM存儲器中的數(shù)據(jù)，采用X25045可編程看門狗監(jiān)控芯片來設(shè)計看門狗監(jiān)控電路。2.6通信模塊監(jiān)控主機和多臺自動數(shù)據(jù)采集儀之間采用串行總線型主從式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)系統(tǒng)的半雙工通信。通信模塊由單片機、RS485通信接口電路和RS232/RS485電平轉(zhuǎn)換電路組成。采用MAX485實現(xiàn)單片機的TTL電平與RS-485通信協(xié)議的接口電路。由于串行總線在任一時刻只允許一對接口進行通信，每臺智能數(shù)據(jù)采集儀都有自己唯一的通訊地址碼，因此只有當監(jiān)控主機選中相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集儀時，才能對其動物籠內(nèi)的動物活動情況進行實時監(jiān)測或?qū)v史記錄數(shù)據(jù)進行采集。由于PC機是RS-232

6、C標準串行口，為了使PC機數(shù)據(jù)能夠通過RS-485串行數(shù)據(jù)總線傳輸，需要設(shè)計RS-232串行電平轉(zhuǎn)換成RS-485協(xié)議電平的接口電路。通信電路如圖5所示。3 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件包括PC機應(yīng)用軟件和單片機應(yīng)用軟件。單片機軟件主要實現(xiàn)定時數(shù)據(jù)采集、數(shù)字信號處理、存儲、顯示、通信處理等功能； PC機軟件主要是對數(shù)據(jù)進行進一步處理，實現(xiàn)實時監(jiān)測、動態(tài)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、曲線繪制、報表顯示以及打印輸出等功能。3.1 PC機應(yīng)用軟件設(shè)計PC機數(shù)據(jù)處理軟件的主要功能是完成對前端數(shù)據(jù)分站的數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計、動態(tài)模擬、曲線及報表繪制、打印輸出等。程序采用VB6.0編程語言編寫。VB6.0建立在多任務(wù)方式的基礎(chǔ)上，具

7、有編程簡單、圖形功能豐富等優(yōu)點4。軟件采用按鈕式界面，用戶可以象操作按鈕式儀器一樣使用它。其軟件分層圖如圖6 所示。?3.2單片機軟件設(shè)計單片機軟件由主程序、外部中斷程序、串行口中斷程序三個模塊組成。主程序主要由中斷方式、串行口方式、定時器方式初始化，RAM、ROM、CPU運算，I/O檢測，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)存儲判斷，液晶顯示等程序模塊組成；外部中斷程序是利用硬件實時時鐘DS12887定時觸發(fā)單片機的外部中斷，實現(xiàn)控制系統(tǒng)A/D的采集頻率；串行口中斷程序?qū)崿F(xiàn)單片機與主機交換信息和數(shù)據(jù)。動物藥理實驗自動監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)在空軍醫(yī)院現(xiàn)場得到實驗及應(yīng)用。經(jīng)過近一年來的實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)可滿足某部隊醫(yī)院動物藥理實驗中監(jiān)測現(xiàn)場溫度、壓力、動物活動能量時對監(jiān)測精度、穩(wěn)定性等的要求；現(xiàn)場監(jiān)測抗干擾能力強、可靠性高；各采集區(qū)采用RS485總線結(jié)構(gòu)，布線和維護簡便，柔性和擴展性強；系統(tǒng)應(yīng)用軟件界面友好、操作簡便，能實時采集、顯示和存儲數(shù)據(jù)。因而，對需要大量數(shù)據(jù)實時監(jiān)測和采集的場合非常實用，具有廣泛的推廣和應(yīng)用價值。參考文獻1 胡秉誼，白 凈. 遠程醫(yī)療系統(tǒng)前端的設(shè)計和實現(xiàn).儀器儀表學報，1999；20(3) 2 劉君華. 智能傳感器系統(tǒng).西安： 西安電子科技大學出版社，199