基于FPGA控制的输液系统设计[2]

余液体积检测采用直线式容栅传感器，固定容栅安装在输液系统底座上，滑动容栅安装在输液系统步进电机带动的丝杠的螺丝母上，丝杠转动使螺母产生水平移动，测量原理如同游标卡尺，这种传感器响应速度快、量程可以达到1m,误差小于0.01mm[7].余液体积检测通过滑动容栅移动的距离乘以容器室的截面积而得出。

2.4 执行机构

输液速度控制采用的控制机构由步进电机、丝杠、螺丝母、压缩支架、容器室组成。步进电机在FPGA的控制下进行正反转动，丝杠转动使螺母产生水平移动，压缩支架安装在螺丝上，压缩架压缩容器室，药液包因容器室体积变小而收缩，药液从输液管输出，通过调整步进电机的步进速度，达到控制输液速度的目的。

2.5 语音通信

立体声CODEC芯片WM8731是一个高性能、低功耗的24位音频立体声接口，被广泛应用于各种便携式音乐播放器中。该芯片可以分别设置音频ADC和DAC的采样率，包含microphone-in、line-in和line-out接口，WM8731用I2C接口与FPGA连接。

语音发送接收要有一个合适的波段，本文选定为15.6MHz.让软件生成一个锁相环变频模块，Audio_DAC_ADC.v需要一个15.6MHz的时钟，调用FPGA上的锁相环（PLL）资源，让软件生成这个模块的。v文件，然后在de2_top.v中添加这个模块。

添加audio_DAC_ADC模块过程为：

regsigned[15:0]audio_outR;

wiresigned[15:0]audio_outL;

wiresigned[15:0]audio_inL,audio_inR;

AUDIO_DAC_ADCu2（//AudioSide

.oAUD_BCK（AUD_BCLK），

.oAUD_DATA（AUD_DACDAT），

.oAUD_LRCK（AUD_DACLRCK），

.oAUD_inL（audio_inL），/audioleftdatafromADC

.oAUD_inR（audio_inR），//audiorightdatafromADC

.iAUD_ADCDAT（AUD_ADCDAT），

.iAUD_extL（audio_outL），//audioleftdatatoDAC

iAUD_extR（audio_outR），//audiorightdatatoDAC

//ControlSignals

.iCLK_15_6（AUD_CTRL_CLK），

.iRST_N（1′b1））；

显示器选用唯信诺公司提供的OLED有机发光显示器，分辨率160×128,6.5K色，用16位并行数据总线与FPGA相连。OLED的控制芯片为LGDP4216,OLED供电电压10V~21V,接口供电电压2.2V~3.3V.显示区域大小可变，最大160（RGB）×128行，刷新率有7种，默认90Hz.

2.6 RS232数据传送与报警

使用MAX3232电平转换芯片和9针D型连接器进行串口通信。由于系统是3.3V供电，因此需要使用MAX3232进行电平转换。MAX3232是3.3V工作电源的RS232转换芯片。护士室MAX3232适配器端口装有三个LED灯分别用来显示执行状态、数据传送、报警。串口直接连接到CyclIIFPGA上。MAX3232芯片包含两组收发器，最大数据传输率250kb/s.报警功能主要是在护士室显示，绑定在传输模块上，当余液控制达到下限时发生报警。

3 软件设计

输液控制主程序主要由初始化模块和各功能模块组成。初始化模块主要完成对通信、中断、定时的初始状态设置。初态时，RS232通信端口设置为接收状态，波特率设置为19200b/s;各功能模块包含键盘控制、点滴速度检测、步进电机控制、数据显示、语音通信及报警等。

本系统采用Cycl-oneII的FPGA进行开发，其键盘操作方便快捷，LCD显示一目了然，语音通信及报警功能提高了医患人员的安全感。本系统充分利用了键盘PIO、LCD显示、ADC和DAC音频接口、RS232串行通信口等，缩短了系统的开发周期，降低了系统的开发成本。通过实验测试，系统各检测传感器、控制执行机构、显示、报警等功能正常，性能达到了设计要求。

[1]  [2]