现在,医院输液现场一般是人工操控和监督,但输液速度和输液量是一个很难精确掌握的值,护理经过滚动输液器上的手动轮来操控输液速度,并经过肉眼调查估量速度,而且输液进程中,医护人员一般不能全程陪护,会给病人和医务人员带来许多安全隐患和不便利[1-5]。本文规划了一种集输液操控、显现、报警、语音通讯等多种功用的输液操控体系。
1 体系总体规划
输液监控体系原理如图1所示，包括FPGA操控器、点滴速度检测、余液体积检测、履行组织、键盘操控、LCD显现、语音通讯（发送与接纳）以及RS232总线转化等部分。
输液操控与语音通讯是本文的首要研讨内容，也是本体系安稳性和牢靠性的根本保证。依据体系要求，规划中以FPGA为操控器，以光纤传感器和容栅传感器为检测组织，以步进电机为履行组织。为了安全和便利，运用RS232总线增设了语音通讯和输液完结主动报警等功用。
2 硬件部分
2.1 操控器硬件规划
操控器主芯片选用Altera公司的型号为APEX系列的FPGA芯片，芯片型号为 Cyclone II EP2C35F672C6.FPGA芯片选用90 nm的低功耗规划、672-Pin FineLine BGA封装，内置35个内嵌18×18乘法器、475个用户管脚、4PLLs、205个差分通道（比c8高出一倍的主频，能够到达400 MHz）典型值100万门，最大值约160万门。主处理器选用Altera公司的32位Nios软核处理器，与传统的嵌入式处理器比较，NiosⅡ处理器愈加灵敏。该芯片具有定制特性，能够依据本身的体系要求、功用要求和本钱要求进行定制。体系总线选用AVALON总线规范。别的体系具有RS232串行通讯口、键盘PIO、LCD显现等外围扩展功用，便于体系的进一步开发，缩短体系的开发周期，下降体系的开发本钱[6].
Altera 公司简介
Altera 的可编程解决方案协助体系和半导体公司快速高效的完成立异，杰出产品优势，赢得市场竞争。自二十年前创造世界上第一个可编程逻辑器材开端，Altera 公司 秉承了立异的传统，是世界上可编程芯片体系 （SOPC） 解决方案倡导者。Altera 公司总部坐落美国加州的圣何塞，并在全球的14个国家中具有近2000名职工，其2005年度的年收入高达11.23亿美元。Altera 将其早在1983年创造的可编程逻辑技能与软件东西、IP 和规划服务相结合，向全世界近14,000家客户供给超值的可编程解决方案。
Altera 一直在可编程体系级芯片，领域中处于前沿和抢先的位置，结合带有软件东西的可编程逻辑技能、知识产权 （IP）和技能服务，在世界范围内为14,000多个客户供给高质量的可编程解决方案。咱们新产品系列将可编程逻辑的内涵优势 — 灵敏性、产品及时面市 — 和更高档功用以及集成化结合在一起，专为满意当今大范围的体系需求而开发规划。Altera 可编程解决方案包括：业界最先进的 FPGA、CPLD 和结构化 ASIC 技能 全面内嵌的软件开发东西 最佳的 IP 内核可定制嵌入式处理器 现成的开发包 专家规划服务
2.2 键盘操控
为了操作便利，体系选用键盘操作。设备实行一种双向同步串行协议，接口中最重要的4根线是数据线、地线、电源线和时钟线。在键盘内部，有一个专门担任扫描按键的处理器，它能检测出某个键被按下或许按下后被开释，并依据按键的类型产生相应的扫描码。键盘发送的扫描码有通码（Make）和断码（Break）两种类型。当键盘上的一个键被按下时，键盘会依据按键类型产生一段通码；当键盘上的一个键按下后被开释时，键盘会依据按键类型再产生一段断码。此处理器为每个按键分配了仅有的通码和断码，这样主机经过查找仅有的扫描码就能够测定是哪个键被按下或开释。具体办法是发动QuartusⅡ，树立一个名为ps2_keyboard.qpf的工程，挑选器材，创立文本文件并编写代码，以接纳来自键盘的扫描码，要求对不同的按键做出呼应，为器材进行输入输出管脚分配，完结后对工程进行编译。
键盘总是产生时钟信号，从键盘发送到主机的数据在时钟信号的下降沿被读取。键盘的扫描码发送给FPGA,这些扫描码包括在键盘发送给主机的数据帧中。每个数据帧包括1位开端位（总是低电平）、8位数据位（即扫描码，从低位开端发送）、1位奇偶校验位（奇校验）和1位结束位（总是高电平）。
2.3 传感器
点滴速度检测选用在茂菲氏滴管的中部外侧装置一个光纤传感器。因为光电传感器的红外接纳管很简单遭到外界光线的搅扰，而且它的直径一般在2 mm以上，体积较大，装置不便利。光纤传感器丈量端口面积小，能够做到直径1 mm以内，药液点滴时分辨率高。液滴经过期运用液滴对光线的遮挡使光纤接纳管的接纳的光束产生变化，再经过电路处理得到点滴的速度脉冲，再将这种速度脉冲收集信息发送给操控器。为了避免输液速度过快而产生点滴接连流，规划了上下别离装置两个检测光纤，然后避免了少计脉冲数而产生过错的处理结果。电路X为光纤输出电压波形，Y为光纤输出电压波形。一般情况下，点滴离散时只要X计数，点滴接连时XY一起计数，这种办法既安全又安稳牢靠。点滴离散时，XY只要一个高电平，或门C1产生的信号作为D锁存器Q1的操控端只允许X产生的正脉冲经过，而D锁存器Q2因为C1作用时Y信号尚在低电平，信号被屏蔽，Q2输出低电平，门电路在计数器中作加法运算。点滴接连时XY一起输出高电平，D锁存器Q2也在计数。OUT0是输出，OUT1是进位，Z是操控端输入。
余液体积检测选用直线式容栅传感器，固定容栅装置在输液体系底座上，滑动容栅装置在输液体系步进电机带动的丝杠的螺丝母上，丝杠滚动使螺母产生水平移动，丈量原理好像游标卡尺，这种传感器呼应速度快、量程能够到达1 m,差错小于0.01 mm[7].余液体积检测经过滑动容栅移动的间隔乘以容器室的截面积而得出。
2.4 履行组织
输液速度操控选用的操控组织由步进电机、丝杠、螺丝母、紧缩支架、容器室组成。步进电机在FPGA的操控下进行正反滚动，丝杠滚动使螺母产生水平移动，紧缩支架装置在螺丝上，紧缩架紧缩容器室，药液包因容器室体积变小而缩短，药液从输液管输出，经过调整步进电机的步进速度，到达操控输液速度的意图。
2.5 语音通讯
立体声CODEC芯片WM8731是一个高功用、低功耗的24位音频立体声接口，被广泛应用于各种便携式音乐播放器中。该芯片能够别离设置音频ADC和DAC的采样率，包括microphone-in、line-in和line-out接口，WM8731用I2C接口与FPGA衔接。
语音发送接纳要有一个适宜的波段，本文选定为15.6 MHz.让软件生成一个锁相环变频模块，Audio_DAC_ADC.v需求一个15.6 MHz的时钟，调用FPGA上的锁相环（PLL）资源，让软件生成这个模块的。v文件，然后在de2_top.v中增加这个模块。
增加audio_DAC_ADC模块进程为：
reg signed [15:0] audio_outR;
wire signed [15:0] audio_outL;
wire signed [15:0] audio_inL, audio_inR;
AUDIO_DAC_ADC u2 （//Audio Side
.oAUD_BCK（AUD_BCLK），
.oAUD_DATA（AUD_DACDAT），
.oAUD_LRCK（AUD_DACLRCK），
.oAUD_inL（audio_inL），/audio left data from ADC
.oAUD_inR（audio_inR），//audio right data from ADC
.iAUD_ADCDAT（AUD_ADCDAT），
.iAUD_extL（audio_outL），//audio left data to DAC
iAUD_extR（audio_outR），//audio right data to DAC
//Control Signals
.iCLK_15_6（AUD_CTRL_CLK），
.iRST_N（1′b1））；
显现器选用唯信诺公司供给的OLED有机发光显现器，分辨率160×128,6.5K色，用16位并行数据总线与FPGA相连。OLED的操控芯片为LGDP4216,OLED供电电压10 V~21 V,接口供电电压2.2 V~3.3 V.显现区域巨细可变，最大160（RGB）×128行，刷新率有7种，默许90 Hz.
2.6 RS232数据传送与报警
运用MAX3232电平转化芯片和9针D型衔接器进行串口通讯。因为体系是3.3 V供电，因而需求运用MAX3232进行电平转化。MAX3232是3.3 V作业电源的RS232转化芯片。护理室MAX3232适配器端口装有三个LED灯别离用来显现履行状况、数据传送、报警。串口直接衔接到CyclII FPGA上。MAX3232芯片包括两组收发器，最大数据传输率250 kb/s.报警功用首要是在护理室显现，绑定在传输模块上，当余液操控到达下限时产生报警。
3 软件规划
输液操控主程序首要由初始化模块和各功用模块组成。初始化模块首要完结对通讯、中止、守时的初始状况设置。初态时，RS232通讯端口设置为接纳状况，波特率设置为19 200 b/s;各功用模块包括键盘操控、点滴速度检测、步进电机操控、数据显现、语音通讯及报警等。
本体系选用Cycl-one II的FPGA进行开发，其键盘操作便利快捷，LCD显现一望而知，语音通讯及报警功用提高了医患人员的安全感。本体系充分运用了键盘PIO、LCD显现、ADC和DAC音频接口、RS232串行通讯口等，缩短了体系的开发周期，下降了体系的开发本钱。经过试验测验，体系各检测传感器、操控履行组织、显现、报警等功用正常，功用到达了规划要求。
