基于CAN总线的医用床位用氧计量网络系统

　　1 引言

　　大型医院大多采用中心供氧法对各个病房供氧，氧气通过氧气管道从氧气储备室输送到各个病房。然而绝大多数医院没有为这套供氧系统配备氧气计量系统，病人到底用了多少氧气医院和病人无法得知，医院只能根据病人的用氧时间粗略估计病人用氧量。由于氧气价格昂贵，这样做难免使病人和医院之间产生矛盾，因此迫切需要一种能对氧气进行体积计量的系统来弥补这一缺陷。针对此问题并结合实际而设计的这套系统能对病人所吸的氧气进行精确计量和计费，而且操作管理很方便。

　　由于系统应用于大型医院中，要求通讯距离远，传输速率高，且系统稳定，出错率低，管理维修方便。在串行通信中，RS232 通信标准传送距离短，电缆长度一般不能超过 15m，而且数据传输速率慢，通常异步通信速率限制在 19.2kbps 以下，不适于用作远程通讯;RS449、RS422 及 RS423 等通信标准实时性不强;RS485 只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差。

　　CAN(Controller Area Network)总线是德国 RobertBosch 公司最具代表性的总线产品，属于现场总线的范畴，它支持分布式控制和实时控制，采用面向控制的短帧结构，使得每帧数据的出错率低，且实时性好CAN 协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而取而代之的是对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点是使网络内的节点个数可以很多，数据块的标识码可由 11 位或 29 位二进制数组成。因此可以定义 211 或 229 个不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据。数据段长度为 8 个字节，不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。CAN 协议采用 CRC 检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。

　　2系统结构

　　系统主要由 3 部分组成：氧气流量传感器、氧气床位显示器和氧气监测主机。氧气流量传感器布置在氧气进入病房的输氧管道处，用来采集流量信号;氧气床位显示器安装在病床床头，显示氧气流量、时间等信息，供病人查看;氧气监测主机在医院总控室，监控和管理整个计量系统。系统框图如图 1 所示。

　　其中，每个床位需要配备 1 套氧气流量传感器和氧气床位显示器，它们挂接在 CAN 总线上。每次用氧结束后，氧气床位显示器将本次对应床位用氧信息通过 CAN 总线传送到氧气监测主机。

　　3 硬件电路设计

　　3.1 氧气流量传感器的设计

　　氧气流量传感器包括流量传感器和变送器两部分，流量传感器将氧气流量信号转换为电信号，经过信号放大和模数转换后进入 CPU。CPU 完成对采集的信号线性化处理后又将其送入数模转换及变送器，转换成4~20mA 的标准电流输出。流量传感器是本系统最关键的部件之一，被测氧气流量较小而且不能被污染，因此流量传感器的选择也是设计本系统的一大难点。结合实际考虑最终选择了Honeywell公司的AWM3100V 气体流量AWM3100V 是一种质量流量传感器，流量测量范围为 0~200sccm，零点漂移±25mV，典型功耗 50mW，完全满足系统要求。