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隨著物聯網的發展與進步，以及電子、計算機等技術的發展，目前，醫院普遍使用玻璃轉子式氣體流量計來控制和測量氧氣流量。這種流量計裝卸方便，可以隨時插入病房床頭設備帶上的供氧終端接口，通過調節玻璃轉子的位置，能夠控制當前的 氧氣流量。通常每個病區都配備若干玻璃轉子式氣體流量計，護士根據需要為不同病房的患者提供輸氧服務。有些患者和家屬也能夠裝卸和調整流量計。當需要輸氧的患者較多時，護士往往無法精確掌握不同患者的輸氧時間以及流量計的去向，影響輸氧設備的管理和輸氧計時的準確性。針對以上問題，本文設計了一套智能輸氧監測系統，直接在輸氧管上加裝傳感器，利用NB-IoT技術將傳感器獲取的流量數據通過無線網絡傳送到護士手機APP，以便護士及時掌握患者輸氧情況和流量計的使用情況。

1. 系統總體方案設計

1.1 概述

該NB-IOT醫用智能輸氧監測系統基于意法半導體的 stm32l031 系列主控芯片，具有超低的運行及待機休眠功耗，搭配 ME3616NB-IoT 模塊，以及中國電信物聯網開放平臺等。實現醫院患者輸氧時氧氣流速以及是否正常的監測。

 

 

 

圖 2-1  總體框圖

 

1.2 硬件總體設計

1.2.1 處理器

采用 ST 公司的 STM32 系列芯片做為主控。本次為了完成本次的任務要求， 我們所使用的是 STM32L031K6T6。由 ST 廠商推出的 STM32 系列單片機，行業的朋友都知道，這是一款性價比超高,運行待機及睡眠功耗超低的系列單片機，功能及其強大。其基于專為要求低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的 ARM Cortex-M0+ 內核，同時具有一流的外設： 12 位 ADC， UART， SPI 等等，在功耗和集成度方面有不俗的表現，其簡單的結構和易用的工具再配合其強大的功能在行業中赫赫有名。

 

1.2.2 ME3616 NB-IoT模塊

ME3616 是一款支持NB-IoT通信標準的窄帶蜂窩物聯網通信模組。在NB-IoT制式下，該模塊可以提供最大66 Kbps上行速率和34 Kbps下行速率。該模塊為極小尺寸LCC緊湊型封裝模塊，適用于可穿戴設備等對于模塊尺寸有嚴格要求的應用領域。

 

ME3612專為低速率、低功耗、遠距離、海量連接的物聯網應用而設計。該模塊支持多種網絡協議（CoAP、TCP/UDP、MQTT）和多種低功耗模式(PSM、eDRX)。這些協議和功能可以讓它應用在智能表計、智能停車、資產追蹤和可穿戴設備等多種物聯網及M2M的應用場景中。

 

1.2.3 FS2012氣流傳感器

IDT質量流量傳感器模塊測量氣體或液體流過傳感表面采用熱傳遞(量熱)原理。流傳感器采用一系列MEMS熱電偶，性能優異信噪比。有源MEMS的固體熱隔離

傳感元件與碳化硅薄膜涂層提供了優異的性能耐磨，長期可靠。IDT提供一個未經校準的毫伏輸出版本(FS1012)，未經校準放大電路(FS102x)全校準線性化(FS2012)模塊的氣體或液體的典型精度下降到2%的讀數。這些質量流量傳感器是理想的工業過程中使用，醫療保健和醫療市場。

2.3 程序及通信方式設計

2.3.1 程序設計流程圖

 

 

2.3.2 單片機通信方式

單片機的通信協議與ME3616 NB-IoT模塊采用 UART 協議。

UART 是一種通用串行數據總線，用于異步通信。該總線雙向通信，可以實現全雙工傳輸和接收。在嵌入式設計中，UART 用來主機與輔助設備通信，如汽車音響與外接 AP 之間的通信，與 PC 機通信包括與監控調試器和其它器件，如

EEPROM 通信。

UART 首先將接收到的并行數據轉換成串行數據來傳輸。消息幀從一個低位起始位開始，后面是 5~8 個數據位，一個可用的奇偶位和一個或幾個高位停止位。接 收器發現開始位時它就知道數據準備發送，并嘗試與發送器時鐘頻率同步。如果選擇了奇偶，UART 就在數據位后面加上奇偶位。奇偶位可用來幫助錯誤校驗。

在接收過程中，UART 從消息幀中去掉起始位和結束位，對進來的字節進行奇偶校驗，并將數據字節從串行轉換成并行。UART 也產生額外的信號來指示發送和接收的狀態。例如，如果產生一個奇偶錯誤，UART 就置位奇偶標志。UART 作為異步串口通信協議的一種，工作原理是將傳輸數據的每個字符一位接一位地傳輸。

 

 

 

圖 2-3-1 單片機與FS2012以及ME3616之間的通信示意圖

 

 

2.3.3 云平臺及安卓APP

 

 

 

圖 2-3-2 云平臺Profile截圖

 

 

圖 2-3-3 安卓APP截圖