第一节 产品技术发展现状
1、传感器技术现状
1）微型传感器研发现状
目前，几乎所有的传感器都在由传统的结构化生产设计向基于计算机辅助设计（CAD）的模拟式工程化设计转变，从而使设计者们能够在较短的时间内设计出低成本、高性能的新型系统，这种设计手段的巨大转变在很大程度上推动着传感器系统以更快的速度向着能够满足科技发展需求的微型化的方向发展。
对于微机电系统（MEMS）的 研究 工作始于20世纪60年代，其 研究 范畴涉及材料科学、机械控制、加工与封装工艺、电子技术以及传感器和执行器等多种学科，是一个极具前景的新兴 研究 领域。MEMS的核心技术是 研究 微电子与微机械加工与封装技术的巧妙结合，期望能够由此而制造出体积小巧但功能强大的新型系统。经过几十年的发展，尤其最近十多年的 研究 与发展，MEMS技术已经显示出了巨大的生命力，此项技术的有效采用将信息系统的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了一个新的高度。
在当前技术水平下，微切削加工技术已经可以生产出来具有不同层次的3D微型结构，从而可以生产出体积非常微小的微型传感器敏感元件，象毒气传感器、离子传感器、光电探测器这样的以硅为主要构成材料的传感/探测器都装有极好的敏感元件。目前，这一类元器件已作为微型传感器的主要敏感元件被广泛应用于不同的 研究 领域中。由计算机辅助设计（CAD）技术和微机电系统（MEMS）技术引发的传感器研发制造已经进入微型化时代。
2）智能化传感器
目前，智能化传感器技术正处于蓬勃发展时期，具有代表意义的典型产品是美国霍尼韦尔公司的ST-3000系列智能变送器和德国斯特曼公司的二维加速度传感器，以及另外一些含有微处理器（MCU）的单片集成压力传感器、具有多维检测能力的智能传感器和固体图像传感器（SSIS）等。与此同时，基于模糊理论的新型智能传感器和神经网络技术在智能化传感器系统的 研究 和发展中的重要作用也日益受到了相关 研究 人员的极大重视。
需要特别指出的一点是：目前的智能化传感器系统本身尽管全都是数字式的，但其通信协议却仍需借助于4～20mA的标准模拟信号来实现。一些国际性标准化 研究 机构目前正在积极 研究 推出相关的通用现场总线数字信号传输标准；不过，在眼下过渡阶段仍大多采用远距离总线寻址传感器（HART）协议，即Highway Addressable Remote Transducer。这是一种适用于智能化传感器的通信协议，与目前使用4～20mA模拟信号的系统完全兼容，模拟信号和数字信号可以同时进行通信，从而使不同生产厂家的产品具有通用性。
目前，智能化传感器多用于压力、力、振动冲击加速度、流量、温湿度的测量，如美国霍尼韦尔公司的ST3000系列全智能变送器和德国斯特曼公司的二维加速度传感器就属于这一类传感器。另外，智能化传感器在空间技术 研究 领域亦有比较成功的应用实例。
3）多功能传感器
从目前的发展现状来看，最热门的 研究 领域也许是各种类型的仿生传感器了，而且在感触、刺激以及视听辨别等方面已有最新 研究 成果问世。从实用的角度考虑，多功能传感器中应用较多的是各种类型的多功能触觉传感器，譬如人造皮肤触觉传感器就是其中之一，这种传感器系统由PVDF材料、无触点皮肤敏感系统以及具有压力敏感传导功能的橡胶触觉传感器等组成。据悉，美国MERRITT公司研制开发的无触点皮肤敏感系统获得了较大的成功，其无触点超声波传感器、红外辐射引导传感器、薄膜式电容传感器、以及温度、气体传感器等在美国本土应用甚广。
与其它方面的 研究 成果相比，目前在人工嗅觉方面的 研究 还似乎远远不尽人意。由于嗅觉元件接收到的判别信号是非常复杂的，其中总是混合着成千上万种化学物质，这就使得嗅觉系统处理起这些信号来异常错综复杂。
人工嗅觉传感系统的典型产品是功能各异的Electronicnose（电子鼻），近10多年来，该技术的发展很快，目前已有数种商品化的产品在国际市场流通，美、法、德、英等国家均有比较先进的电子鼻产品问世。
“电子鼻”系统通常由一个交叉选择式气体传感器阵列和相关的数据处理技术组成，并配以恰当的模式识别系统，具有识别简单和复杂气味的能力，主要用来解决一般情况下的气味探测问题。根据应用对象的不同，“电子鼻”系统传感器阵列中传感器的构成材料及配置数量亦有所不同，其中，构成材料包括金属氧化物半导体、导电聚合物、石英晶振等，配置数量则从几个到数十个不等。
总之，“电子鼻”系统是气体传感器技术和信息处理技术进行有效结合的高科技产物，其气体传感器的体积很小，功耗也很低，能够方便地捕获并处理气味信号。气流经过气体传感器阵列进入到“电子鼻”系统的信号预处理元件中，最后由阵列响应模式来确定其所测气体的特征。阵列响应模式采用关联法、最小二乘法、群集法以及主要元素 分析 法等方法对所测气体进行定性和定量鉴别。
美国Cyrano-sciences公司生产的Cyranose320电子鼻是目前技术较为先进、适用范围也比较广的嗅觉传感系统之一，该系统主要由传感器阵列和数据 分析 算法两部分组成，其基本技术是将若干个独特的薄膜式碳-黑聚合物复合材料化学电阻器配置成一个传感器阵列，然后采用标准的数据 分析 技术，通过 分析 由此传感器阵列所收集到的输出值的办法来识别未知 分析 物。据称，Cyranose320电子鼻的适用范围包括食品与饮料的生产与保鲜、环境保护、化学品 分析 与鉴定、疾病诊断与医药 分析 以及工业生产过程控制与消费品的监控与管理等。
4）传感器网络 研究 热点问题和关键技术
传感器网络以应用为目标，其构建是一个庞大的系统工程，涉及到的 研究 工作和需要解决的问题在每一个层面上都很多。对无线传感器网络系统结构及界面接口技术的 研究 意义重大。如果我们把传感器网络按其功能抽象成五个层次的话，将会包括基础层（传感器集合）、网络层（通信网络）、中间件层、数据处理和管理层以及应用开发层。
其中，基础层以 研究 新型传感器和传感系统为核心，包括应用新的传感原理、使用新的材料以及采用新的结构设计等，以降低能耗、提高敏感性、选择性、响应速度、动态范围、准确度、稳定性以及在恶劣环境条件下工作的能力。
2、输液泵/注射泵集中控制系统
1）系统结构和工作原理
输液泵/注射泵集中控制系统由智能单泵系统、隔离CAN中继器、上位计算机、CAN通讯卡等组成，它的组成结构如下图所示。智能单泵系统是系统构成的基础，它完成普通注射泵/输液泵的功能，并通过CAN接口与计算机相连。虽然该模块是系统的一个组成部分，但它也可以独立工作。由于系统对上位计算机的可靠性要求较低，因此上位机可采用普通的PC机来代替工业控制计算机，降低了系统成本。系统工作时，首先上位机将各输液参数通过CAN总线发送给相应的单泵系统，单泵系统将接收到的各设定值保存在电可擦除可编程只读存储器（electrically erasable programmable read-only memory ， EEPROM），这样在不更新设置的情况下，单泵系统可脱离上位计算机而独立工作。单泵系统的启停等操作可通过自己的操作面板进行控制，也可在上位计算机上进行控制。各单泵系统与上位计算机之间通过CAN现场总线通讯。与其他网络不同，在CAN总线的通讯协议中，无节点地址的概念，也无任何与节点地址相关的信息存在。它支持的是基于数据的工作方式，即CAN总线面向的是数据而不是节点，因此加人或撤消节点设备都不会影响网络的工作。这样的结构十分适用于控制系统要求快速、可靠、简明的特点。系统中的上位计算机主要完成人机对话和系统监控功能，如各单泵系统的输液量、输液速度、输液曲线，报警限的设定等。
单泵系统结构图
2）单泵系统的硬件设计
单泵系统采用PIC18F458单片机控制，由电源电路、报警电路、显示电路、CAN接口电路、键盘输入、电机驱动电路等组成。其硬件组成如下图所示。其中CAN通讯接口电路主要由高速CAN收发器MCP2551构成。其业界标准引脚和功能使其可用于已有高速CAN收发器中，同时提供改进性能，如更宽的瞬变电压和短路电压范围以及更短的传播延迟。为增强CAN总线节点的抗干扰能力，PIC18F458的两个CAN通讯引脚（CANTX和CANRX）通过高速光祸后与MCP2551相连，这就能较好地实现总线上各CAN节点间的电气隔离。
单泵系统硬件连接图
3）单泵系统的软件设计
单泵系统软件的程序采用汇编语言编程，包括初始化程序、独立输液工作模块和联机工作模式三部分。初始化程序主要完成各端口的初始化、CAN通讯接口初始化。其中CAN通讯接口初始化包括CAN工作方式的配置，接收滤波器的设置，接收屏蔽寄存器的设置，波特率参数设置，发送优先级和中断允许寄存器的设置等。
独立工作模式主要实现单泵系统的参数实时显示、各参数的设定（通过本地键盘）、超限报警处理等功能。当单泵系统工作于此模式时，一方面根据EEPROM中保存的设置值（上次工作时设定的值或本次通过键盘设定的值）进行运行，同时，每次循环向上位监控计算机发送一次联机请求，如果联机成功，则进人联机工作模式，否则仍然工作于独立工作模式。
联机工作模式除了完成独立工作模式各项功能以外，还能与上位监控计算机进行实时通讯，完成各参数的远程设定、各执行参数的手动远程设置、将采集的数据上传等工作。其流程如下图所示。
联机工作模式流程
4）上位机监控软件设计
输液/注射泵集中控制系统的上位监控软件采用Visual C十+语言编写而成川。程序分为三个基本模块：主监控模块、数据管理和显示模块、通讯模块。主监控模块的功能：系统运行的初始化配置，如各个下位单泵系统的参数设置等。数据管理和显示模块：对各单泵的状态数据进行显示更新、报警等。通讯模块的功能：利用网卡及其函数库，实现与各单泵系统的网络通讯，完成通讯命令数据的编解码及特殊处理，向主监控模块提供一个通讯对象。
5）CAN通讯应用层协议
应用层协议是CAN网络应用的关键，我们在该系统上位监控计算机与单泵系统之间的通讯中，制订了切实可行的用户层通讯协议。系统通讯报文采用扩展帧格式，通讯协议采用“ID+辅助标识码+命令十数据”的形式，其中ID为网络节点标识符，采用ID.0-ID.12（共13位）。标识符ID.14-I1）.20（共8位）作为辅助标识码，当数据是多帧报文时，被用作数据索引号；标识符ID.21-ID.28（共8位）作为命令操作码，ID.14-I1）.28不参与验收滤波。
第二节 产品工艺特点或流程
1、精度高，最低0.1ml/h增量，能适用所有标准输液器。
2、独特的输液器校准功能，能使输液精度达到±3%以下。
3、毫升/小时与滴数/分钟单位自动转换。
4、KVO速率达1ml/h。
5、电源电子开关控制，更好保护机器并延长电池寿命。
6、充电智能管理使电池保持最佳状态，电压适用范围广（90～250V），自动切换电池供电，安全可靠。
7、机器故障自检功能：电池损坏/容量不足、泵体异常、电机异常、点滴传感器脱落/异常等。
8、安全性报警，如暂停超时、空瓶、漏液、气泡（无过敏报警现象）、阻塞（8档灵敏度调节）、欠压、开门等声光报警。
第三节 国内外技术未来发展趋势 分析
医院输液观察室全面推广的输液监护系统的整体设计方案：以单片机技术结合红外技术低成本实现智能输液系统，同时输液时不再使用专用胶管，降低了输液的成本。并且根据输液时液滴速度快慢与空瓶、阻塞、漏液、速度失控之间的关系，省去了目前同类输液设备中普遍采用的压力传感器测量阻塞和漏液信息的方法，降低了成本，但是这一功能仍然还存在，仍然可以识别阻塞与泄漏。既节约成本，又简化了电路。
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