基于Small RTOS51的肠营养液输液系统

基于Small RTOS51的肠营养液输液系统

来源：单片机及嵌入式系统应用 作者：北京航空航天大学 陈杰峰 王自强
摘要：介绍一种基于Small RTOS51嵌入式操作系统的医疗仪器——智能型肠营养液输液泵。首先介绍系统的功能及硬件组成，然后重点介绍如何利用Small RTOS51来设计系统软件。最后，给出应用Small RTOS51嵌入式操作系统制造的智能型肠营养液输液泵的试验数据。 关键词：Small RTOS51实时操作系统 肠营养液泵 嵌入式操作系统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。

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。①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。②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。③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。④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。⑤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。⑥RAM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。3．3 控制输入任务按键是实现人机交互的重要设备，要求实时性较高。从系统软件的设计角度，不仅要读出按键的状态，还需要具有对按键的抖动、连击、串键等特殊情况进行处理。系统按键输入任务流程如图2所示，本任务使用消息队列指令KeyReadBuf[16]，向主控制程序发送按键的相关信息。3．4 主控制任务主控制任务应用SmallRTOS51提供的系统函数OSQPend(KeyTemp,KeyRead Buf,0)来查录按键输入任务提供的信息，一旦发觉Key

【基于Small RTOS51的肠营养液输液系统】相关文章：

基于WEB的在线考试系统03-09

基于VEGA的码头漫游系统03-07

基于网络的远程测控系统的研究03-07

基于DSP的智能座椅系统的设计03-07

基于企业系统观的本钱分析02-27

基于PLC的电机调速系统设计12-07

基于Web技术的网络考试系统03-18

基于RTLinux的实时控制系统03-20

基于ISD语音芯片的报警系统03-07