第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1、傳感器技術(shù)現(xiàn)狀

1）微型傳感器研發(fā)現(xiàn)狀

目前，幾乎所有的傳感器都在由傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化生產(chǎn)設(shè)計(jì)向基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）的模擬式工程化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，從而使設(shè)計(jì)者們能夠在較短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出低成本、高性能的新型系統(tǒng)，這種設(shè)計(jì)手段的巨大轉(zhuǎn)變?cè)诤艽蟪潭壬贤苿?dòng)著傳感器系統(tǒng)以更快的速度向著能夠滿足科技發(fā)展需求的微型化的方向發(fā)展。

對(duì)于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的 研究 工作始于20世紀(jì)60年代，其 研究 范疇涉及材料科學(xué)、機(jī)械控制、加工與封裝工藝、電子技術(shù)以及傳感器和執(zhí)行器等多種學(xué)科，是一個(gè)極具前景的新興 研究 領(lǐng)域。MEMS的核心技術(shù)是 研究 微電子與微機(jī)械加工與封裝技術(shù)的巧妙結(jié)合，期望能夠由此而制造出體積小巧但功能強(qiáng)大的新型系統(tǒng)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，尤其最近十多年的 研究 與發(fā)展，MEMS技術(shù)已經(jīng)顯示出了巨大的生命力，此項(xiàng)技術(shù)的有效采用將信息系統(tǒng)的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了一個(gè)新的高度。

在當(dāng)前技術(shù)水平下，微切削加工技術(shù)已經(jīng)可以生產(chǎn)出來具有不同層次的3D微型結(jié)構(gòu)，從而可以生產(chǎn)出體積非常微小的微型傳感器敏感元件，象毒氣傳感器、離子傳感器、光電探測(cè)器這樣的以硅為主要構(gòu)成材料的傳感/探測(cè)器都裝有極好的敏感元件。目前，這一類元器件已作為微型傳感器的主要敏感元件被廣泛應(yīng)用于不同的 研究 領(lǐng)域中。由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)引發(fā)的傳感器研發(fā)制造已經(jīng)進(jìn)入微型化時(shí)代。

2）智能化傳感器

目前，智能化傳感器技術(shù)正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期，具有代表意義的典型產(chǎn)品是美國(guó)霍尼韋爾公司的ST-3000系列智能變送器和德國(guó)斯特曼公司的二維加速度傳感器，以及另外一些含有微處理器（MCU）的單片集成壓力傳感器、具有多維檢測(cè)能力的智能傳感器和固體圖像傳感器（SSIS）等。與此同時(shí)，基于模糊理論的新型智能傳感器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能化傳感器系統(tǒng)的 研究 和發(fā)展中的重要作用也日益受到了相關(guān) 研究 人員的極大重視。

需要特別指出的一點(diǎn)是：目前的智能化傳感器系統(tǒng)本身盡管全都是數(shù)字式的，但其通信協(xié)議卻仍需借助于4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。一些國(guó)際性標(biāo)準(zhǔn)化 研究 機(jī)構(gòu)目前正在積極 研究 推出相關(guān)的通用現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字信號(hào)傳輸標(biāo)準(zhǔn)；不過，在眼下過渡階段仍大多采用遠(yuǎn)距離總線尋址傳感器（HART）協(xié)議，即Highway Addressable Remote Transducer。這是一種適用于智能化傳感器的通信協(xié)議，與目前使用4～20mA模擬信號(hào)的系統(tǒng)完全兼容，模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)可以同時(shí)進(jìn)行通信，從而使不同生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品具有通用性。

目前，智能化傳感器多用于壓力、力、振動(dòng)沖擊加速度、流量、溫濕度的測(cè)量，如美國(guó)霍尼韋爾公司的ST3000系列全智能變送器和德國(guó)斯特曼公司的二維加速度傳感器就屬于這一類傳感器。另外，智能化傳感器在空間技術(shù) 研究 領(lǐng)域亦有比較成功的應(yīng)用實(shí)例。

3）多功能傳感器

從目前的發(fā)展現(xiàn)狀來看，最熱門的 研究 領(lǐng)域也許是各種類型的仿生傳感器了，而且在感觸、刺激以及視聽辨別等方面已有最新 研究 成果問世。從實(shí)用的角度考慮，多功能傳感器中應(yīng)用較多的是各種類型的多功能觸覺傳感器，譬如人造皮膚觸覺傳感器就是其中之一，這種傳感器系統(tǒng)由PVDF材料、無觸點(diǎn)皮膚敏感系統(tǒng)以及具有壓力敏感傳導(dǎo)功能的橡膠觸覺傳感器等組成。據(jù)悉，美國(guó)MERRITT公司研制開發(fā)的無觸點(diǎn)皮膚敏感系統(tǒng)獲得了較大的成功，其無觸點(diǎn)超聲波傳感器、紅外輻射引導(dǎo)傳感器、薄膜式電容傳感器、以及溫度、氣體傳感器等在美國(guó)本土應(yīng)用甚廣。

與其它方面的 研究 成果相比，目前在人工嗅覺方面的 研究 還似乎遠(yuǎn)遠(yuǎn)不盡人意。由于嗅覺元件接收到的判別信號(hào)是非常復(fù)雜的，其中總是混合著成千上萬種化學(xué)物質(zhì)，這就使得嗅覺系統(tǒng)處理起這些信號(hào)來異常錯(cuò)綜復(fù)雜。

人工嗅覺傳感系統(tǒng)的典型產(chǎn)品是功能各異的Electronicnose（電子鼻），近10多年來，該技術(shù)的發(fā)展很快，目前已有數(shù)種商品化的產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)流通，美、法、德、英等國(guó)家均有比較先進(jìn)的電子鼻產(chǎn)品問世。

“電子鼻”系統(tǒng)通常由一個(gè)交叉選擇式氣體傳感器陣列和相關(guān)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)組成，并配以恰當(dāng)?shù)哪Ｊ阶R(shí)別系統(tǒng)，具有識(shí)別簡(jiǎn)單和復(fù)雜氣味的能力，主要用來解決一般情況下的氣味探測(cè)問題。根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同，“電子鼻”系統(tǒng)傳感器陣列中傳感器的構(gòu)成材料及配置數(shù)量亦有所不同，其中，構(gòu)成材料包括金屬氧化物半導(dǎo)體、導(dǎo)電聚合物、石英晶振等，配置數(shù)量則從幾個(gè)到數(shù)十個(gè)不等。

總之，“電子鼻”系統(tǒng)是氣體傳感器技術(shù)和信息處理技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合的高科技產(chǎn)物，其氣體傳感器的體積很小，功耗也很低，能夠方便地捕獲并處理氣味信號(hào)。氣流經(jīng)過氣體傳感器陣列進(jìn)入到“電子鼻”系統(tǒng)的信號(hào)預(yù)處理元件中，最后由陣列響應(yīng)模式來確定其所測(cè)氣體的特征。陣列響應(yīng)模式采用關(guān)聯(lián)法、最小二乘法、群集法以及主要元素 分析 法等方法對(duì)所測(cè)氣體進(jìn)行定性和定量鑒別。

美國(guó)Cyrano-sciences公司生產(chǎn)的Cyranose320電子鼻是目前技術(shù)較為先進(jìn)、適用范圍也比較廣的嗅覺傳感系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)主要由傳感器陣列和數(shù)據(jù) 分析 算法兩部分組成，其基本技術(shù)是將若干個(gè)獨(dú)特的薄膜式碳-黑聚合物復(fù)合材料化學(xué)電阻器配置成一個(gè)傳感器陣列，然后采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù) 分析 技術(shù)，通過 分析 由此傳感器陣列所收集到的輸出值的辦法來識(shí)別未知 分析 物。據(jù)稱，Cyranose320電子鼻的適用范圍包括食品與飲料的生產(chǎn)與保鮮、環(huán)境保護(hù)、化學(xué)品 分析 與鑒定、疾病診斷與醫(yī)藥 分析 以及工業(yè)生產(chǎn)過程控制與消費(fèi)品的監(jiān)控與管理等。

4）傳感器網(wǎng)絡(luò) 研究 熱點(diǎn)問題和關(guān)鍵技術(shù)

傳感器網(wǎng)絡(luò)以應(yīng)用為目標(biāo)，其構(gòu)建是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，涉及到的 研究 工作和需要解決的問題在每一個(gè)層面上都很多。對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及界面接口技術(shù)的 研究 意義重大。如果我們把傳感器網(wǎng)絡(luò)按其功能抽象成五個(gè)層次的話，將會(huì)包括基礎(chǔ)層（傳感器集合）、網(wǎng)絡(luò)層（通信網(wǎng)絡(luò)）、中間件層、數(shù)據(jù)處理和管理層以及應(yīng)用開發(fā)層。

其中，基礎(chǔ)層以 研究 新型傳感器和傳感系統(tǒng)為核心，包括應(yīng)用新的傳感原理、使用新的材料以及采用新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，以降低能耗、提高敏感性、選擇性、響應(yīng)速度、動(dòng)態(tài)范圍、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性以及在惡劣環(huán)境條件下工作的能力。

2、輸液泵/注射泵集中控制系統(tǒng)

1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

輸液泵/注射泵集中控制系統(tǒng)由智能單泵系統(tǒng)、隔離CAN中繼器、上位計(jì)算機(jī)、CAN通訊卡等組成，它的組成結(jié)構(gòu)如下圖所示。智能單泵系統(tǒng)是系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)，它完成普通注射泵/輸液泵的功能，并通過CAN接口與計(jì)算機(jī)相連。雖然該模塊是系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，但它也可以獨(dú)立工作。由于系統(tǒng)對(duì)上位計(jì)算機(jī)的可靠性要求較低，因此上位機(jī)可采用普通的PC機(jī)來代替工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，降低了系統(tǒng)成本。系統(tǒng)工作時(shí)，首先上位機(jī)將各輸液參數(shù)通過CAN總線發(fā)送給相應(yīng)的單泵系統(tǒng)，單泵系統(tǒng)將接收到的各設(shè)定值保存在電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（electrically erasable programmable read-only memory ， EEPROM），這樣在不更新設(shè)置的情況下，單泵系統(tǒng)可脫離上位計(jì)算機(jī)而獨(dú)立工作。單泵系統(tǒng)的啟停等操作可通過自己的操作面板進(jìn)行控制，也可在上位計(jì)算機(jī)上進(jìn)行控制。各單泵系統(tǒng)與上位計(jì)算機(jī)之間通過CAN現(xiàn)場(chǎng)總線通訊。與其他網(wǎng)絡(luò)不同，在CAN總線的通訊協(xié)議中，無節(jié)點(diǎn)地址的概念，也無任何與節(jié)點(diǎn)地址相關(guān)的信息存在。它支持的是基于數(shù)據(jù)的工作方式，即CAN總線面向的是數(shù)據(jù)而不是節(jié)點(diǎn)，因此加人或撤消節(jié)點(diǎn)設(shè)備都不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的工作。這樣的結(jié)構(gòu)十分適用于控制系統(tǒng)要求快速、可靠、簡(jiǎn)明的特點(diǎn)。系統(tǒng)中的上位計(jì)算機(jī)主要完成人機(jī)對(duì)話和系統(tǒng)監(jiān)控功能，如各單泵系統(tǒng)的輸液量、輸液速度、輸液曲線，報(bào)警限的設(shè)定等。

單泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2）單泵系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

單泵系統(tǒng)采用PIC18F458單片機(jī)控制，由電源電路、報(bào)警電路、顯示電路、CAN接口電路、鍵盤輸入、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等組成。其硬件組成如下圖所示。其中CAN通訊接口電路主要由高速CAN收發(fā)器MCP2551構(gòu)成。其業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)引腳和功能使其可用于已有高速CAN收發(fā)器中，同時(shí)提供改進(jìn)性能，如更寬的瞬變電壓和短路電壓范圍以及更短的傳播延遲。為增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，PIC18F458的兩個(gè)CAN通訊引腳（CANTX和CANRX）通過高速光禍后與MCP2551相連，這就能較好地實(shí)現(xiàn)總線上各CAN節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。

單泵系統(tǒng)硬件連接圖

3）單泵系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

單泵系統(tǒng)軟件的程序采用匯編語言編程，包括初始化程序、獨(dú)立輸液工作模塊和聯(lián)機(jī)工作模式三部分。初始化程序主要完成各端口的初始化、CAN通訊接口初始化。其中CAN通訊接口初始化包括CAN工作方式的配置，接收濾波器的設(shè)置，接收屏蔽寄存器的設(shè)置，波特率參數(shù)設(shè)置，發(fā)送優(yōu)先級(jí)和中斷允許寄存器的設(shè)置等。

獨(dú)立工作模式主要實(shí)現(xiàn)單泵系統(tǒng)的參數(shù)實(shí)時(shí)顯示、各參數(shù)的設(shè)定（通過本地鍵盤）、超限報(bào)警處理等功能。當(dāng)單泵系統(tǒng)工作于此模式時(shí)，一方面根據(jù)EEPROM中保存的設(shè)置值（上次工作時(shí)設(shè)定的值或本次通過鍵盤設(shè)定的值）進(jìn)行運(yùn)行，同時(shí)，每次循環(huán)向上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送一次聯(lián)機(jī)請(qǐng)求，如果聯(lián)機(jī)成功，則進(jìn)人聯(lián)機(jī)工作模式，否則仍然工作于獨(dú)立工作模式。

聯(lián)機(jī)工作模式除了完成獨(dú)立工作模式各項(xiàng)功能以外，還能與上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，完成各參數(shù)的遠(yuǎn)程設(shè)定、各執(zhí)行參數(shù)的手動(dòng)遠(yuǎn)程設(shè)置、將采集的數(shù)據(jù)上傳等工作。其流程如下圖所示。

聯(lián)機(jī)工作模式流程

4）上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

輸液/注射泵集中控制系統(tǒng)的上位監(jiān)控軟件采用Visual C十+語言編寫而成川。程序分為三個(gè)基本模塊：主監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)管理和顯示模塊、通訊模塊。主監(jiān)控模塊的功能：系統(tǒng)運(yùn)行的初始化配置，如各個(gè)下位單泵系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置等。數(shù)據(jù)管理和顯示模塊：對(duì)各單泵的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示更新、報(bào)警等。通訊模塊的功能：利用網(wǎng)卡及其函數(shù)庫，實(shí)現(xiàn)與各單泵系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊，完成通訊命令數(shù)據(jù)的編解碼及特殊處理，向主監(jiān)控模塊提供一個(gè)通訊對(duì)象。

5）CAN通訊應(yīng)用層協(xié)議

應(yīng)用層協(xié)議是CAN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的關(guān)鍵，我們?cè)谠撓到y(tǒng)上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)與單泵系統(tǒng)之間的通訊中，制訂了切實(shí)可行的用戶層通訊協(xié)議。系統(tǒng)通訊報(bào)文采用擴(kuò)展幀格式，通訊協(xié)議采用“ID+輔助標(biāo)識(shí)碼+命令十?dāng)?shù)據(jù)”的形式，其中ID為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)符，采用ID.0-ID.12（共13位）。標(biāo)識(shí)符ID.14-I1）.20（共8位）作為輔助標(biāo)識(shí)碼，當(dāng)數(shù)據(jù)是多幀報(bào)文時(shí)，被用作數(shù)據(jù)索引號(hào)；標(biāo)識(shí)符ID.21-ID.28（共8位）作為命令操作碼，ID.14-I1）.28不參與驗(yàn)收濾波。

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點(diǎn)或流程

1、精度高，最低0.1ml/h增量，能適用所有標(biāo)準(zhǔn)輸液器。

2、獨(dú)特的輸液器校準(zhǔn)功能，能使輸液精度達(dá)到±3%以下。

3、毫升/小時(shí)與滴數(shù)/分鐘單位自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

4、KVO速率達(dá)1ml/h。

5、電源電子開關(guān)控制，更好保護(hù)機(jī)器并延長(zhǎng)電池壽命。

6、充電智能管理使電池保持最佳狀態(tài)，電壓適用范圍廣（90～250V），自動(dòng)切換電池供電，安全可靠。

7、機(jī)器故障自檢功能：電池?fù)p壞/容量不足、泵體異常、電機(jī)異常、點(diǎn)滴傳感器脫落/異常等。

8、安全性報(bào)警，如暫停超時(shí)、空瓶、漏液、氣泡（無過敏報(bào)警現(xiàn)象）、阻塞（8檔靈敏度調(diào)節(jié)）、欠壓、開門等聲光報(bào)警。

第三節(jié) 國(guó)內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì) 分析

醫(yī)院輸液觀察室全面推廣的輸液監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案：以單片機(jī)技術(shù)結(jié)合紅外技術(shù)低成本實(shí)現(xiàn)智能輸液系統(tǒng)，同時(shí)輸液時(shí)不再使用專用膠管，降低了輸液的成本。并且根據(jù)輸液時(shí)液滴速度快慢與空瓶、阻塞、漏液、速度失控之間的關(guān)系，省去了目前同類輸液設(shè)備中普遍采用的壓力傳感器測(cè)量阻塞和漏液信息的方法，降低了成本，但是這一功能仍然還存在，仍然可以識(shí)別阻塞與泄漏。既節(jié)約成本，又簡(jiǎn)化了電路。

免責(zé)申明：本文僅為中經(jīng)縱橫 市場(chǎng) 研究 觀點(diǎn)，不代表其他任何投資依據(jù)或執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)行為。如有其他問題，敬請(qǐng)來電垂詢：4008099707。特此說明。