鐘偉雄

(福建衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州 350011)

0 引言

隨著各種智能傳感器設(shè)備與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷走進(jìn)人們的日常生活，將傳統(tǒng)傳感器硬件與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行融合是一個(gè)基于需求的問(wèn)題，智能傳感器硬件與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合，將大大提高人們的工作效率?；ヂ?lián)網(wǎng)與生活的結(jié)合將成為很好的選擇，利用PC機(jī)或手機(jī)進(jìn)行醫(yī)療設(shè)備實(shí)訓(xùn)室借用申請(qǐng)和審批，可以有效提高實(shí)訓(xùn)室的管理效率和利用率，同時(shí)，其友好界面可以使賬戶更加直觀、方便，代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)訓(xùn)室使用時(shí)煩瑣的申請(qǐng)步驟和各種人工的管理方式，達(dá)到提高實(shí)訓(xùn)室資源利用和共享的目的?，F(xiàn)就該共享醫(yī)療設(shè)備實(shí)訓(xùn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析[1]。

1 共享醫(yī)療設(shè)備實(shí)訓(xùn)室管理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用STM32F103C8T6芯片、LCD5110液晶模塊、ESP8266WiFi模塊、DS18B20溫度傳感器模塊、HR202濕敏電阻，BH1750FVI數(shù)字光強(qiáng)度傳感器、蜂鳴器模塊、RFID-RC522射頻模塊、繼電器模塊等電子模塊，如圖1所示。具有檢測(cè)環(huán)境溫度、光照度、濕度等功能，可以根據(jù)學(xué)生借用實(shí)訓(xùn)室審批情況，進(jìn)行智能化控制門(mén)禁系統(tǒng)和實(shí)訓(xùn)室內(nèi)部電源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

圖1 共享醫(yī)療設(shè)備實(shí)訓(xùn)室管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架

2 共享醫(yī)療設(shè)備實(shí)訓(xùn)室管理系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)

由于復(fù)位電路和蜂鳴器電路與溫度傳感器電路屬于常見(jiàn)電路，本文不做描述，僅對(duì)共享醫(yī)療設(shè)備實(shí)訓(xùn)室管理系統(tǒng)的主要部分及關(guān)鍵硬件進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

2.1 主控芯片模塊

本文控制芯片采用嵌入式單片機(jī)STM32，擁有20 KB靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)SRAM和64 KB中等容量的閃存RAM。該芯片內(nèi)嵌電源監(jiān)視器，自帶時(shí)鐘的看門(mén)狗定時(shí)器，內(nèi)置一個(gè)可以驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)的晶振，出廠前內(nèi)嵌調(diào)校的8 MHz RC振蕩器，用以產(chǎn)生CPU的PLL；并設(shè)置3個(gè)備用的16位定時(shí)器、一個(gè)高級(jí)定時(shí)器、兩個(gè)12位的ADC模數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和9個(gè)通信接口。STM32F103C8T6單片機(jī)為低電平復(fù)位，因此，I/O端口初始化時(shí)，為高電平輸出，其單片機(jī)封裝為48引腳的LQFP。STM32嵌入式單片機(jī)最小系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 STM32嵌入式單片機(jī)最小系統(tǒng)原理

2.2 LCD5110液晶簡(jiǎn)介

本系統(tǒng)采用LCD5110液晶顯示屏，具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、功耗低、價(jià)格便宜、調(diào)試簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，基本能夠滿足大多數(shù)的開(kāi)發(fā)需求。LCD5110液晶顯示屏顯示數(shù)據(jù)為RAM 48×84。邏輯電壓范圍VDD到VSS：2.7～3.3 V，采用低電壓供電，適用于電池供電，正常顯示時(shí)的工作電流小于200 μA ，有掉電模式。使用溫度為-25～70 ℃，適合實(shí)訓(xùn)室室內(nèi)使用[3]。LCD5110液晶接口電路如圖3所示。

圖3 LCD5110液晶接口電路

2.3 濕度傳感器電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)濕度傳感器采用HR202濕敏電阻，HR202額定電壓為1.5 V，額定功率為2 mW，可直接與單片機(jī)此類低電壓低功耗的器件連接使用。工作頻率為500 Hz～2 kHz，使用溫度為0～60 ℃，使用濕度小于2% RH，適合室內(nèi)使用的，是實(shí)訓(xùn)室檢測(cè)濕度的一款較好的濕度傳感器。濕度傳感器電路如圖4所示。

圖4 濕度傳感器電路

2.4 RFID讀卡器電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用RFID-RC522射頻模塊。RFID-RC522是一款高度集成的非接觸讀卡芯片，支持IOS 14443A/MIFARE，支持SPI接口、串行UART以及I2C接口，多種不同的主機(jī)接口功能可以滿足不同的賬戶需求。RFID-RC522射頻模塊的晶振輸入是外部產(chǎn)生的時(shí)鐘輸入，一般由振蕩器的反相放大器輸入，該器件還擁有不復(fù)位和掉電功能，當(dāng)輸入低電平時(shí)，切斷掉其內(nèi)部電流吸收，同時(shí)，關(guān)閉掉振蕩器，斷開(kāi)輸入管腳與外部的連接，管腳的上升沿啟動(dòng)內(nèi)部復(fù)位階段[2]。RFID-RC522射頻模塊電路如圖5所示。

圖5 RFID-RC522射頻模塊電路

2.5 WiFi電路設(shè)計(jì)

WiFi集成接口的1腳接到STM32單片機(jī)GPIO口PA3，2腳接地，3腳、4腳、6腳、7腳接3.3 V電源電壓，8腳接STM32單片機(jī)GPIO口PA2。無(wú)線WiFi模塊與STM32單片機(jī)之間采用變換型串口通信，實(shí)現(xiàn)電腦數(shù)據(jù)和單片機(jī)數(shù)據(jù)的通信。WiFi模塊接口電路如圖6所示。

圖6 WiFi模塊接口電路

2.6 光強(qiáng)度電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用BH1750FVI數(shù)字光強(qiáng)度傳感器模塊，具有I2C總線接口，支持f/s模式，光譜的范圍與人眼相近，內(nèi)嵌光照度數(shù)字轉(zhuǎn)換器，光照范圍寬、分解度高，有低電流關(guān)機(jī)功能。BH1750FVI數(shù)字光強(qiáng)度傳感器模塊對(duì)光源的依賴性不高，支持白熾燈、熒光燈、鹵素?zé)艉桶譒ED燈等，且能屏蔽50/60 Hz市電頻率所帶來(lái)的光照變化干擾，無(wú)須外部任何零件。BH1750FVI數(shù)字光強(qiáng)度傳感器模塊引腳鏈接如圖7所示。

圖7 BH1750FVI數(shù)字光強(qiáng)度傳感器模塊引腳鏈接

3 共享醫(yī)療設(shè)備實(shí)訓(xùn)室管理系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)

為方便理解，本文對(duì)共享醫(yī)療設(shè)備實(shí)訓(xùn)室管理系統(tǒng)各部分關(guān)鍵軟件程序進(jìn)行分析。

3.1 共享醫(yī)療設(shè)備實(shí)訓(xùn)室管理系統(tǒng)網(wǎng)頁(yè)端程序流程設(shè)計(jì)

賬戶主要分為教師角色和學(xué)生角色，教師角色的權(quán)限大于學(xué)生角色。學(xué)生使用自己的賬戶登錄Web端后，可以進(jìn)行借用醫(yī)療設(shè)備實(shí)訓(xùn)室借用申請(qǐng)操作，查看申請(qǐng)實(shí)訓(xùn)室信息審批結(jié)果，修改賬號(hào)密碼[4]。教師賬戶登錄網(wǎng)頁(yè)后，可以處理學(xué)生申請(qǐng)信息，查看實(shí)訓(xùn)室申請(qǐng)信息，實(shí)訓(xùn)室環(huán)境情況、實(shí)訓(xùn)室門(mén)禁管理、實(shí)訓(xùn)室門(mén)禁查看、注冊(cè)信息、信息批量導(dǎo)入與修改密碼。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程

3.2 單片機(jī)硬件程序流程設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線WiFi接收服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)資料，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理，在液晶屏上顯示實(shí)訓(xùn)室名稱以及實(shí)訓(xùn)室溫度、濕度、光照強(qiáng)度和是否有人員正在借用實(shí)訓(xùn)室，并達(dá)到實(shí)訓(xùn)室最高負(fù)荷人數(shù)。當(dāng)醫(yī)療設(shè)備實(shí)訓(xùn)室有空余人數(shù)或者沒(méi)有人使用時(shí)，學(xué)生可以借用。學(xué)生申請(qǐng)時(shí)需要填報(bào)具體的借用時(shí)間，經(jīng)過(guò)醫(yī)療設(shè)備實(shí)訓(xùn)室管理教師審批后，方可解除門(mén)禁進(jìn)入實(shí)訓(xùn)室。單片機(jī)硬件程序流程如圖9所示。

3.3 主要程序代碼分析

3.3.1 無(wú)線配置函數(shù)

void Connect_to_webServer(void)

{ u16 i;

bool state;

ESP8266_Cmd ( "AT+CIPMUX=0", "OK", 0,

圖9 單片機(jī)硬件程序流程

500 ); //單連接

delay_ms(1000);

do{

strEsp8266_Fram_Record .InfBit .FramLength = 0; //從新開(kāi)始接收的數(shù)據(jù)包

for(i=0;i<2048;i++)

strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF[i]=0; //清空數(shù)組

ESP8266_Usart ( "%s ", "AT+CIPSTART="TCP","10.134.110.159",80" );

delay_ms ( 1000); //延時(shí)

strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF [ strEsp8266_Fram_Record .InfBit .FramLength ] = '