尿道管压力监测与蓝牙传输系统

背景

红圈是球囊部位，其材料像是气球用的橡胶，送入病人体内之后，由医生注水胀起。但是在实际使用过程中，有些球囊会破裂，水就漏掉。球囊是起固定作用的，一旦漏掉就没办法使用，需要病人及时去更换。如果几小时未更换，需要重新手术。

传感器在红色管套这一头，与球囊联通，实时监测水压。通过蓝牙发到手机，最后手机联网，通知医院准备并更换。

我们可以在手机app中设置定时测量水压的时间间隔，比如每10分钟测一次，前后数据比较，若压力明显下降，就报警，提醒用户进行更换。

要求

基于压力传感器对导尿管球囊压力进行实时监测，当出现压力异常波动时触发声光报警。该系统能够定时测量导尿管球囊内水压，整个系统体积小巧，直径小于12mm，长度小于40mm。

用户可以在手机app中设置定时测量水压的时间间隔，并实时查看水压大小。该器件除要求体积小，重量轻、低功耗外，密封防水和散热也需要满足需求。

需求指标分析

压力传感器的精度：由于要求系统能够实时监测导尿管球囊压力，因此压力传感器的精度对系统的效果有很大的影响。 手机APP报警的可靠性：系统需要能够在出现压力异常波动时及时触发手机APP报警。 系统体积小巧：为便于病人携带，系统要求直径小于12mm，长度小于40mm。 防水防腐：压力传感器需要监测水压，因此需要考虑控制器结构方面的防水防腐蚀措施。

系统结构

• 压力传感器：用于测量导尿管球囊内水压的传感器，能够持续不断地测量导尿管球囊内水压并将数据发送给控制器。
• 控制器：负责接收传感器发送的数据，并对数据进行处理。
• 蓝牙模块：向手机APP发送压力数据。同时，还需要接收并解析手机APP发送过来的指令，包含修改阈值、修改采样周期、开始采集和停止采集。
• APP：显示当前的压力数据，发送控制指令，当压力异常时报警。

功能

• 实时测量导尿管球囊压力：系统能够持续不断地测量导尿管球囊内水压，并将数据发送给控制器。
• 通知APP压力值异常：当系统检测到导尿管球囊压力出现异常波动时，立即向APP发送报警信号，通知医护人员更换导尿管。
• 提供数据记录功能：APP能够记录导尿管球囊压力的测量数据，便于医护人员对病人尿液排出情况进行分析。
• 低功耗设计，电源管理

原型系统设计

核心主控选择了STM32F103CBU6，该芯片是UFQFPN-48(7x7)的封装，RAM总容量为20KB，程序 FLASH容量128KB，满足本项目的使用需求。

MCU的驱动库是移植的ST官方的HAL库，对MCU的寄存器进行了抽象，能够很方便的使用外设。

BSP包含HP206C传感器驱动、BT-11蓝牙驱动、RTC Alarm与低功耗。HP206C传感器使用I2C进行驱动控制。BT-11蓝牙模块通过串口进行驱动。Alarm用于控制系统的测量周期，它是基于RTC外设，实现了定时唤醒。低功耗模式主要是使用了Power Control外设，当系统处于测量间隔期间时，会进入sleep mode来节省功耗。

服务层使用了卡尔曼滤波对传感器测量的压力值进行滤波处理，抑制了传感器的随机误差。基于蓝牙驱动，为应用层提供了发送数据接口，来发送滤波后的压力值。同时，蓝牙驱动基于串口实现了控制指令的解析。

应用层使用了有限向量状态机，分为工作、暂停和空闲三个状态，来对系统工作状态进行管理。系统状态在RTC的alarm中断和串口中断中进行切换。

嵌入式软件

嵌入式软件

HP206C

HP206C气压传感器基本参数：

● 电压范围：1.8V ~ 3.6V

● 压力范围：300~1200mbar

● 可编程中断控制

● 气压：20位有效测量位（帕）

● 高度：20位有效测量位（米）

● 温度：20位有效测量位（摄氏度）

● 高分辨率：10cm

● 待机功耗：< 0.1uA，低功耗：每秒采样一次

● 工作温度：-40~+85℃

● 高速I2C数字输出接口

● 尺寸： 6.8 X 6.2 X 3.0(+0.2)mm

压力传感器使用HP206C，这个传感器会输出24bit的压力值，压力范围在300~1200mbar。

该部分由黄泽负责完成。

bt-11

蓝牙模块使用bt-11，该模块功耗低，尺寸小，使用串口进行驱动，适合用于本工程的应用场景。

该部分由阮杨帆负责完成。

系统控制程序

读取传感器的压力数据，滤波后通过蓝牙模块发送数据，当压力数据超过了阈值系统会报警。

系统应用层使用了状态机进行管理，分为工作、暂停和空闲三个状态。空闲状态和暂停状态都会通过power control外设进入sleep mode，节省系统功耗。串口中断和alarm中断都会唤醒系统。

当蓝牙模块通过串口中断接收指令并解析，如果指令是开始就会设置状态为工作，如果指令是暂停就会进入暂停状态，如果指令是设置阈值就会修改压力阈值，如果指令是修改周期，就会修改RTC的alarm周期。

当rtc的alarm产生中断后，会唤醒系统，设置状态为work，采集压力数据、滤波后通过蓝牙传输数据。工作完成后会回到空闲状态继续休眠，等待下一次alarm中断唤醒再工作。

该部分由袁雨完成。

APP

APP包含了指令传输、压力数据显示和报警的功能。

该部分由阮杨帆完成

硬件电路

主控STM32F103C8T6通过UART1与蓝牙模块BT-11相连，发送压力数据。通过I2C接口与传感器HP206相连，获取压力数据。

主控

STM32F103C8T6 - Mainstream Performance line, Arm Cortex-M3 MCU with 64 Kbytes of Flash memory, 72 MHz CPU, motor control, USB and CAN - STMicroelectronics

传感器

https://hoperf.cn/sensor/pressure_sensor/HP206C.html

https://www.hoperf.com/sensor/pressure_sensor/HP206C.html

https://github.com/ncdcommunity/Arduino_Library_HP206C_24Bit_ADC_Barometer_Altimeter_Sensor