基于MODBUS协议的医用臭氧治疗系统毕业设计

基于MODBUS协议的医用臭氧治疗系统毕业设计

目录

第一章医用臭氧治疗仪的应用 (1)

1.1医用臭氧治疗仪的背景 (1)

1.2医用臭氧治疗仪需要解决的问题 (1)

1.3医用臭氧治疗仪的解决方案 (1)

第二章医用臭氧治疗仪系统结构 (3)

2.1系统基本结构 (3)

2.2物理实现 (3)

第三章MODBUS协议 (5)

3.1协议内容 (5)

3.2通信过程 (6)

第四章硬件实现 (7)

4.1选型 (7)

4.1.1 上位机选型 (7)

4.1.2 下位机及相关部件选型 (7)

4.2 上位机硬件实现 (8)

4.3 下位机硬件实现 (8)

4.3.1 A/D取样电路实现 (8)

4.3.2 D/A输出电路实现 (9)

4.3.3 I/O输出/输入电路实现 (10)

4.3.4 断电报警电路实现 (10)

4.3.5 停泵报警电路实现 (11)

4.3.6 臭氧浓度调节电路实现 (11)

第五章软件实现 (13)

5.1 单片机与触摸屏地址对应关系 (13)

5.2 功能码定义 (13)

5.3 校验码生成 (15)

5.4 上位机软件实现 (18)

5.4.1 上位机的程序应用 (18)

5.4.2 上位机初始化 (19)

5.4.3 预充处理程序 (20)

5.4.4 臭氧血液混合处理程序 (20)

5.4.5 臭氧浓度处理程序 (24)

5.4.6 报警处理程序 (26)

5.5 下位机软件实现 (28)

5.5.1 下位机的程序应用 (28)

5.5.2 下位机初始化 (29)

5.5.3 数据接收、发送处理程序 (30)

5.5.4 数据包处理程序 (34)

5.5.5 A/D取样处理程序 (40)

5.5.6 D/A输出处理程序 (42)

5.5.7 血泵流量纠正程序 (42)

第六章总结 (45)

参考文献 (46)

第一章医用臭氧治疗仪的应用

1.1 医用臭氧治疗仪的背景

利用臭氧对病毒性肝炎治疗在临床上的应用已越来越广泛，并已取得很好的治疗效果。医用臭氧治疗仪将为病毒性肝炎患者提供一套与免疫激活气血混合器配套使用的臭氧免疫调节系统，该系统可以根据肝病治疗的需要，将医用级氧气精确而稳定的制成治疗所需臭氧浓度，经过免疫激活气血混合器的将血液和臭氧充分混合激活、活化后的血液回输到人体，起到病毒杀灭、提高人体干扰素、免疫调节、激活红细胞代谢、激活免疫活性细胞、激活人体抗氧化酶系统的作用。

1.2 医用臭氧治疗仪需要解决的问题

医用臭氧治疗仪（以下简称治疗仪）是将一定量的人体血液引到体外，与一定比例的医用臭氧气体混合后，回输到人体的自动治疗过程。在治疗过程中要分别对医用臭氧气体的浓度、人体的血压、血液循环管路中的气泡进行监测。一旦参数偏离设定值，治疗仪将发出声光报警信号，提醒医务人员进行处理。另外治疗仪的相关参数和功能要符合医疗器械的电气安全标准。例GB9706.1《医用电气设备通用安全要求》及GB9706.2《医用电气设备血液透析、血液透析滤过和血液滤过设备的安全专用要求》等提出血泵停泵报警、设备断电报警要求。

1.3 医用臭氧治疗仪的解决方案

触摸屏与单片机通过Modbus协议进行通信。触摸屏能够直观、生动地显示运行参数和运行状态，而且通过触摸屏画面可以直接修改系统运行参数，人机交互性好。单片机广泛应用于工控领域中，与触摸屏配合，可组成良好的人机交互环境,大大降低了产品的制造成本。如图1-1

图1-1 触摸屏与单片机通信示意图

本文以AT89s52单片机和人机电子有限公司的eView MT5600T型触摸屏为例，应用到医用臭氧治疗仪的通信程序的开发过程。首先介绍医用臭氧治疗仪的总体结构，第三章MODBUS协议的通信原理及通信接口的选择。第四章介绍了硬件的实现，包括上位机的选型、下位机的选型、下位机的各单元电路的实现。第四章介绍了医用臭氧治疗仪的软件实现，包括上下位机的地址对应、功能码的定义、校验码的生成、上位机各软件实现、下位各软件实现。其中上位机重点介绍了初始化、预充程序、臭氧血液混合程序、深度处理程序、报警处理，下位机重点介绍了初始化、数据接收、发送程序、数据包处理程序、A/D取样程序、D/A输出程序、血泵流量纠正程序等等。

第二章医用臭氧治疗仪系统结构

2.1 系统基本结构

实现触摸屏与单片机的通讯，主要是解决通讯协议的问题。本文使用开放的Modbus通讯协议，以触摸屏作主站，单片机作从站。eView触摸屏本身支持Modbus 通讯协议，如果单片机也支持Modbus协议，就可以进行通信了。本系统可以利用触摸屏自带的串口与单片机进行通信。如图2-1所示：

图2-1 系统基本结构

其中

人机界面（HMI）负责与接受用户命令，控制程序的运行。显示与程序相对应的图形界面。

MCU1：作为从站1通过COM0与HMI相连。负责系统的信号输出。包括血泵电机的流量调节、各个电磁阀的打开和关闭、报警信号的动作、臭氧浓度电机的调节等。

MCU2：作为从站2通过COM1与HMI相连。负责系统的信号输入采集。包括人体血压、氧气压力、血液管路的气泡信号、臭氧浓度等。

2.2 物理实现

目前，可以通过下列三种方式实现Modbus通信。以太网上的TCP/IP；各种介质上的串行链路上传输；ModbusPLUS,一种高速令牌传递网络。选择何种实现方式主要是依据他所连接的设务所处的地位。一般采用标准的232口、485接口、422接口。由于rs232的传输距离为30m,治疗仪的体积不大，不可能超过30m，因此可以选用rs232通信方式来提供对Modbus的硬件支持。