電力網(wǎng)是用戶普及的物理網(wǎng)絡(luò)，其用戶使用群是任何網(wǎng)絡(luò)都無法比擬的，而電力網(wǎng)的現(xiàn)有的主要用途是傳輸電能。如何利用電力網(wǎng)絡(luò)資源潛力，在不影響傳輸電能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)窄帶或?qū)拵ㄐ?，使之成為繼電信、電話、無線通信、衛(wèi)星通信之后的又一通信網(wǎng)，是多年來國內(nèi)外科技人員技術(shù)攻關(guān)的又一目標(biāo)。電力線載波通信是利用電力線路作為傳輸通道的載波通信，是電力系統(tǒng)特有的一種通信方式。電力線載波通信和其他通信方式相比，具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢，不需要進(jìn)行布線施工，網(wǎng)絡(luò)延伸廣泛，且現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)具有穩(wěn)定可靠的保障，因而在醫(yī)療設(shè)備中利用電力線通信實(shí)現(xiàn)通信與監(jiān)控是非常實(shí)際而有前景的。

　　1.輸液遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計方案

　　輸液遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的功能主要有兩個方面：一方面在病房要采集病人點(diǎn)滴瓶的液位信息，輸液結(jié)束時進(jìn)行本地報警，引起病人及病人家屬的注意；另一方面護(hù)士在工作站實(shí)時觀察病人輸液狀態(tài)，得到報警信號后做到及時處理，實(shí)現(xiàn)輸液遠(yuǎn)程監(jiān)測。

　　本設(shè)計將輸液遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)按功能劃分為兩部分，一部分安設(shè)在病房中，稱之為病房輸液信息采集器(下位機(jī))，采集病人的液位信息。另一部分放置在護(hù)士站，由值班護(hù)士進(jìn)行監(jiān)控，接受采集器上傳的數(shù)據(jù)和輸液結(jié)束報警，這部分稱為輸液監(jiān)測控制中心。具體的結(jié)構(gòu)如圖1。

　　2. 載波通信控制器部分硬件設(shè)計

　　無論是輸液采集器還是輸液監(jiān)測控制中心都需要載波通信系統(tǒng)，只不過是輸液信息采集器增加了輸液信息采集與控制功能。

　　2.1 通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)中采用具有擴(kuò)頻通信功能的SC1128作電力線載波芯片，用AT89C51作通信控制和輸液信息采集(在下位機(jī)中)芯片，利用RS232口先進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通信。圖2為通信系統(tǒng)的硬件框圖。

　　如圖2所示，信號由電力線經(jīng)耦合器、帶通濾波器和前級放大器進(jìn)入SC1128芯片。經(jīng)微處理器處理后數(shù)據(jù)送至上位機(jī)完成接收。信號經(jīng)SC1128通過功率放大器和耦合器發(fā)送至電力線上完成發(fā)送。

　　2.2 SC1128外圍硬件的設(shè)計

　　SC1128外圍電路由電源電路、耦合電路、濾波器、自動增益前級放大器和功率放大器組成。

　　電源電路由工頻變壓器、濾波二極管電橋、濾波電容、三端穩(wěn)壓器等組成，主要為系統(tǒng)提供+12V與+5V電源。耦合電路由中頻變壓器、浪涌保護(hù)二極管和起限幅作用的二極管等組成，是信號傳輸?shù)耐ǖ溃d波信號經(jīng)它耦合到220V交流電路上。帶通濾波器由電容與電感組成，信號由耦合電路輸入，濾掉雜波，再把信號輸入到自動增益前級放大器電路。自動增益前級放大器是將接收的信號進(jìn)行不失真放大，再輸入SC1128的片內(nèi)放大電路。功率放大器電路是將經(jīng)過SC1128芯片處理后的脈沖放大，(此輸出為OC門輸出，在使用過程是應(yīng)接上拉電阻，本電路上拉電阻值為2k。功率放大器由12V直流供電)。具體電路圖略。

　　2.3 SC1128與單片機(jī)的接口

　　圖3是SC1128與AT89C51的接口圖。SC1128第28腳為電路工作主時鐘的二分之一的晶振輸出。32腳電壓監(jiān)測端。33腳看門狗輸入端，正常工作時應(yīng)該在768ms內(nèi)產(chǎn)生一次高低電位變化。34腳看門狗輸出端，與33腳配合，正常時輸出低電平，否則輸出三分之一占空比的復(fù)位脈沖。35腳與32腳配合，當(dāng)電源信號低于監(jiān)測值時，輸出低電平，當(dāng)高于監(jiān)測值，則輸出高電平。36腳收發(fā)控制端，0為接收，1為發(fā)射。37腳在發(fā)射和接受同步后產(chǎn)生同步脈沖信號，頻率隨工作主時鐘和周波的變化而變化。38腳為輸出發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)。39腳為設(shè)置數(shù)據(jù)及狀態(tài)的輸入輸出端。40腳為同步設(shè)置時鐘輸入端。41腳為片選輸入端。當(dāng)發(fā)射狀態(tài)時，單片機(jī)將SR端(36腳)置高，SC1128芯片發(fā)出同步脈沖(37腳)，單片機(jī)通過TX端(38腳)同步發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)接收狀態(tài)時，單片機(jī)將SR端(36腳)置低，SC1128芯片若接收到數(shù)據(jù)，則產(chǎn)生同步脈沖，通過TX端(38腳)將數(shù)據(jù)同步發(fā)送到單片機(jī)。

　　圖3 SC1128與AT89C51的接口圖

　　3. 載波通信系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計

　　通信模塊的程序主要包括發(fā)送測試程序、發(fā)送中斷服務(wù)程序、接受中斷服務(wù)程序，主要完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送過程，程序清單略。

　　在進(jìn)行通信時還要注意中斷和通信的配合問題，要先設(shè)置通信狀態(tài)，再開放相應(yīng)的中斷。另外要注意先要讓接收一方工作之后再讓發(fā)送一方發(fā)送數(shù)據(jù)，這可以保證不丟失數(shù)據(jù)。

　　在編寫通信程序時要注意，收、發(fā)雙方的通信速率要一致。門限值只對接收一方有意義，門限值的高低將影響到通信的誤碼率，但并非是門限值越高就一定越好，要根據(jù)各自的通信情況和相應(yīng)的速率適當(dāng)選擇。SC1128在通信時收、發(fā)要注意時序的配合。

　　4. 輸液信息采集器的設(shè)計

　　輸液信息采集器是在載波通信控制器的基礎(chǔ)上增加了輸液信息采集與控制功能。由圖3可以看出，通信控制器中只用了AT89C51的P1口和串行通信引腳，所以輸液信息采集器的設(shè)計巧妙地避開了AT89C51的P1口和串行通信引腳，充分利用了AT89C51的P2和P3口實(shí)現(xiàn)了檢測與控制功能。具體電路如圖4。

　　圖4 滴速控制與液位檢測報警電路圖

　　如圖4所示，由單片機(jī)編程，將滴速檢測信號送到單片機(jī)與設(shè)置在單片機(jī)的滴速比較，再由單片機(jī)發(fā)出控制信號給驅(qū)動芯片SAA1027對電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)對儲液瓶的高度控制。這樣就可以對滴速進(jìn)行控制了。

　　將光電傳感器安裝到輸液瓶上，當(dāng)輸液瓶的液位到達(dá)警戒液位時由于介質(zhì)的變化使傳感器的輸出電壓發(fā)生變化。從而實(shí)現(xiàn)液位警戒值檢測和極限值檢測，聲光報警就是利用單片機(jī)AT89C51的I/O口控制并驅(qū)動發(fā)光管和蜂鳴器工作，實(shí)現(xiàn)聲光報警。

　　5. 系統(tǒng)調(diào)試

　　對電力載波終端的測試是在同一臺變壓器范圍內(nèi)的某一單相上進(jìn)行的。一臺電力載波終端配一臺接收機(jī)進(jìn)行電力載波通信測試。分別在不同時間段和不同通信距離進(jìn)行了測試，具體的測試結(jié)果如表1所示。

　　表1 電力載波終端的測試數(shù)據(jù)

　　測試結(jié)果表明，近距離測試時，在有負(fù)載和較強(qiáng)干擾如電力載波終端和接收機(jī)間有十幾臺正在運(yùn)行的電腦和幾個充電設(shè)備的情況下，電力載波終端仍能可靠的通信，完全滿足通信與測控的要求。

　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：利用擴(kuò)頻通信電力線載波芯片SC1128和AT89C51單片機(jī)設(shè)計了輸液遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過電力線載波，利用低壓電力線作為通信媒介，不需要進(jìn)行重新布線施工實(shí)現(xiàn)了通信網(wǎng)絡(luò)化，做到了病房輸液系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。同時也證明了擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)具有更好適應(yīng)性和先進(jìn)性，進(jìn)一步展示了低壓電力載波通信的美好發(fā)展前景。