基于TCPIP协议的便携式医疗监护仪器网络化接口的实现

基于TCP/IP 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 的便携式医疗监护仪器网络化接口的实现 2010年01月19日 | [字体：小 大] 摘　要： 讨论了网络化接口中TCP/IP协议栈的实现方式，着重探讨了基于TCP/IP协议栈芯片W3100A的便携式医疗监护仪器网络化接口的实现，最后介绍了基于Sock et模式的程序设计 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。 随着计算机网络和通信技术的发展，便携式医疗监护仪器具有联网功能将是一大趋势。借助远程监护这一新型医疗模式能较好地解决患者在家中以较低的费用获得在医院同样的服务。依靠Internet和网络技术，医生能够有效地获得、分析来自仪器的各种数据，及时进行医疗指导或诊治,这对于患者得到高水平的医疗服务及在紧急情况时的急救支援具重要意义。我们曾设计的便携式医疗监护仪器的联网 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 是数据以无线方式从仪器传到PC机，再以PC机为网络终端传输数据  ［1,2］。然而利用8位MCU通过ISP（Internet服务供应商），在不需要使用PC机或高档单片机的情况下接入Internet，这样的应用系统正逐步取代传统的以PC机为中心的应用，成为未来Internet发展中的主力军［3］。本文讨论的网络化接口正是针对这一问题而提出的。 在分析了网络化接口中TCP/IP协议栈实现方式的基础上，本文介绍了一种基于TCP /IP协议栈芯片W3100A的以8位MCU为核心的便携式医疗监护仪器网络化接口的实现方案，解决了其接入Internet的问题。便携式医疗监护仪器的工作原理和设计在此不再赘述，可参阅文献［1，2］。 1网络化接口的实现 1.1MCU中实现TCP/IP协议栈的方案 （1）基于软件来实现TCP/IP协议栈，通过将TCP/IP协议栈移植到系统中，然后调用相关的API函数实现网络通信，或者不采用移植的方法，参照 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的TCP/IP协议精简相应的协议层，编写相关的API函数完成简易的TCP/IP通信。但是这种方法需要有操作系统、高性能MCU及大容量存储器的支持。 （2）直接采用TCP/IP协议栈芯片，如W3100A。这种方案的主要优点是：应用系统设计不必考虑任何网络协议，只需要解释并执行网络芯片传送过来的指令和数据就可以实现与Intern et网络连接，且不需要操作系统的支持。 便携式医疗监护仪器主要完成ECG（心电）、NIBP (无创血压)、SpO2 (血氧饱和度)、呼吸率和体温5个生理参数的采集、计算和分析，以及显示、报警等功能，其中仪器中的8位MCU负担已经比较重且资源有限，因此决定采用直接使用TCP/IP协议栈芯片来实现网络化接口的方案。 1.2W3100A芯片简介 W3100A是韩国Wiznet公司生产的一种TCP/IP协议栈芯片，其中包含的协议层有：TCP（传输控制协议）、IP（网际协议）、UDP（用户数据报协议）、ICMP（因持网控制报文协议）和协议的DLC（数据链路控制），以及MAC协议。该芯片提供2个接口给上层应用层：MCU接口和I2C接口，一个MII（Media Independent Interface）接口给底层物理层。芯片支持全双工4~5Mb／s的数据通信；内部带有双口RAM的数据缓冲器；采用0.35μm的CMOS工艺，64引脚LQFP封装。芯片的内部结构如图1所示。 芯片内部提供512 B的控制寄存器存储空间和16 kB的数据存储缓冲器，其中8 kB传输数据缓冲器供MCU传输数据使用，MCU只能写而不能读；8 kB接收数据缓冲器供MCU接收数据用，MCU只能读而不能写。 芯片提供寄存器供MCU访问，具体的寄存器分类如下：控制寄存器（命令、状态及中断）；系统寄存器（网关地址、子网掩码、IP地址等）；用于数据收、发的指针寄存器；通道操作的通道寄存器。其主要寄存器功能和地址如表1所示。 芯片同时支持4个通道连接，控制寄存器C0_CR（通道０的控制寄存器），用于通道０Socket（套接字）的初始化、连接、关闭和数据收发，其各位定义如下： Sys_init(仅通道0有定义)：系统初始化位。用于设置系统的地址、网关、子网掩码、物理地址。 Sock_init：通道初始化位。当选择了相应的协议后，用此命令进行初始化。 Connect：连接命令。以客户机模式连接到服务器。 Listen：监听模式。以服务器模式监听客户机连接。 Close：关闭通道及其连接。 Send：启动数据发送位。 Recv：启动数据接收位。 S/W Reset(仅通道0有定义)：用于初始化芯片内部的复位设定值。 其他寄存器的具体内容可参阅文献［4］。 1.3硬件接口 W3100A提供了并口（MCU接口）和串口（I2C接口）2种方式实现与MCU的通信。本方案为基于I 2C的串口连接方式，如图2所示。其中C8051F021为监护仪器中的MCU，以太网物理层芯片选用RTL8201。 I2C是串行通信总线方式，由数据线SDA和时钟线SCL配合完成通信。C8051F021提供SMBus（与I2C串行总线兼容）接口与W3100A通信。首先C8051F021通过设置优先交叉开关译码器XBR0、XBR1和XBR2的值完成数字资源的动态分配，优先交叉开关译码器可以按优先权顺序将片内的计数器/定时器、硬件中断、UART，SMBus等映射到P0~P3的端口I/O引脚［5］，其次初始化交叉开关配置寄存器XBR2，初始值为0X42，分别使能交叉开关和SMBus；将P0.2和P0.3分别分配给SDA，SCL，P1.5分配给外部中断/INT1。这样C8051F021就可以通过SMBus接口以主发送器方式向W3100A发送数据了，其对SMBus接口进行访问和控制通过5个特殊功能寄存器来实现：控制寄存器SMB0CN，时钟速率寄存器SMB0CR，地址寄存器SMB0ADR，发送和接收数据的数据寄存器SMB0DAT和状态寄存器SMB0STA。 C8051F021可以象访问外部RAM来写或读W3100A寄存器，而W3100A发送和接收的数据均保存在内部双口RAM中。C8051F021向W3100A写数据的过程如图3所示。 基于SMBus传输数据关键要严格按照他的时序来控制SCL和SDA高低电平，即主器件每产生一个起始条件，都要有一个停止条件与之对应，并且主器件每发送一个数据或命令给从器件，从器件都要向主器件发送一个响应信号表示数据或命令已接收，主器件在收到从器件的应答信号后才开始继续发送数据。在这个过程中如果有一处电平控制出错传输数据都不会成功。 W3100A提供MII接口与RTL8201相连，其中引脚RX_CLK，RXDV，RXD［3:0］以及COL用于数据的接收，而TX_CLK，TXE，TXD［3:0］用于数据的发送。 1.4数据传输 TCP连接分主动连接（TCP客户机模式）和被动连接（TCP服务器模式）。本文主要用到的TCP主动连接，事先必须知道服务器IP地址和端口号，具体过程如图4所示。首先要完成芯片的TCP/IP初始化，初始化主要是对必要的寄存器进行相应的设置，这些寄存器包括：GAR，SMR，SHAR以及SIPR等。上述寄存器被设置后通过执行控制寄存器C0_CR的０位Sys_init激活芯片，其次设置相应通道(如０通道)的协议选择寄存器C0_SOPR为0X01，选择TCP协议；执行通道0控制寄存器C0_CR中的Socket_Init，同时将C0_TW_PR，C0_TR_PR及C0_TA_PR置成同一值；然后执行C0_CR的Connect命令位，到此TCP连接建立。 TCP数据传送和接收要在连接建立后才能进行，通过设置RMSR和TMSR来规定数据缓冲器空间大小。TCP数据传送过程通过使用C0_TW_PR，C0_TA_PR来进行，他们的初始值相同，然后MCU根据要传送数据的多少增加C0_TW_PR的值，最后C0_TW_PR，C0_TA_PR 两者之差为空闲数据缓冲器空间大小，执行传送命令，同时增加C0_TA_PR的值，数据传送完毕后他们的值又相同。 2软件设计 便携式医疗监护仪器的 工作流程 财务工作流程表财务工作流程怎么写财务工作流程图财务工作流程及制度公司财务工作流程 是首先对病人的ECG，NIBP，SpO2，呼吸率和体温5个生理参数进行采集，其次将信号量化处理后通过Internet传到医疗服务中心的医学通信服务器［6］，同时在LCD上显示生理参数的数据和波形图。通信程序可以采用Socket，Email两种方式编写。若用Email方式编写，医生需从自己的电子信箱读取数据，虽然方便，但是电子信箱容量有限制，等待时间也可能会长一些，这样会降低医生的工作效率。若采用Socket编程，医生可以随时查看新来的数据，方便医生诊断。考虑到以上因素，通信程序基于Socket模式编写。 W3100A的工作方式类似于Windows的Socket API，因此程序在Cygnal公司的集成开发环境下，把仪器作为客户机，基于Socket API用C语言编写。对C8051F021而言，由于采用了W3 100A来完成TCP协议，其程序简单了许多。通信主程序流程图如图5所示，而其子程序流程图见图3，图4。   网络配置文件预先存储在E2PROM中，仪器的本地IP地址设置为一个静态IP地址，如果家用时没有一个静态IP地址也可以采用动态主机配置协议（DHCP）来动态获取一个IP地址。 3结语 本文提出的网络化接口方案利用硬件芯片实现TCP/IP协议栈可以解决当前应用中存在的8位MCU实现TCP/IP通信协议的问题。该网络化接口应用到便携式医疗监护仪器上能很好地实现仪器联网功能，符合家庭远程医疗系统需求，有较大实用价值。 参考文献 ［1］陈亚光，陈军波.多生命指征的采集与无线传输系统［J］.中南民族学院学报(自然科学版), 2001, 20(4)：36-40 ［2］王芳，陈亚光.C8051F021在远程诊断与急救支援系统中的应用［J］. 电子技术应用，2004，30（6）：16-19 ［3］卢虎，李勇，李志芳. 嵌入式WebServer技术及其实现［J］.单片机与嵌入式系统应用，2003，（5）：910 ［4］Wiznet.W3100A Datasheet V13. ［5］Cygnal.C8051F02X Family Datasheet Revision 1.0. ［6］胡秉谊，白净，叶大田-基于因特网的医学通讯服务器［J］-航天医学与医学工程，1988， 11(2)：87-91.