Arduino UNO+STONE HMI+医疗呼吸机

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简要

目前，我需要使用Arduino Uno和STONE HMI来完成一个医疗呼吸机项目。

STONE HMI串口显示屏，非常适合呼吸机的显示屏。此外，我需要一个单片微控制器来处理STONE HMI屏幕发出的指令，并实时上传一些波形数据。 在此，我选择了一款更通用且易于使用的单片机——Arduino UNO单片机，该设备广泛应用且支持众多库文件。

以下将详细描述Arduino Uno STONE HMI医疗呼吸机项目的开发流程

效果图如下：

Medical-VentilatorSTONE-LCDArduino-UNO

在本项目中，您可以通过STONE HMI串口屏幕控制Arduino UNO开发板，并通过串口通信实现数据命令交互。Arduino Uno开发板可上传一系列波形数据并在串口屏幕上显示。该项目对制作呼吸机智能屏具有重要参考价值。

ARDUINO UNO STONE HMI医疗呼吸机项目概述

我在此开发的呼吸机项目在通电后将显示启动动画效果，随后进入启动初始化界面并显示“打开”字样。点击后触发语音提示，提示打开呼吸机，并跳转至页面选择界面。该界面将显示动画效果，展示人体呼吸过程，并提供两个选项：第一个是呼吸波形监测图表。第二种是氧饱和度和呼吸频率监测图表。如何同时显示多个波形图是需要解决的问题。点击确认后，STONE HMI 将发送特定指令控制 MCU 开始上传波形数据。

功能说明：

  1. 实现按钮设置；
  2. 实现语音功能；
  3. 实现页面切换；
  4. 实现实时波形传输。

项目所需模块：

  1. STONE TFT LCD；
  2. Arduino Uno 模块;
  3. 语音播放模块。

项目模块图：

Medical-VentilatorSTONE-LCDArduino-UNO

硬件介绍与原理

扬声器

由于 STONE HMI 具备音频驱动器并预留了对应接口，可使用最常见的磁铁扬声器（即普通扬声器）。扬声器是一种将电信号转换为声信号的换能器。扬声器的性能对声音质量有很大影响。扬声器是音频设备中最薄弱的组件，对于音频效果而言，它是最重要的组件。扬声器种类繁多，价格差异较大。音频电能通过电磁、压电或静电效应，使纸盆或振膜振动并与周围空气共振（共鸣）产生声音。

STONE STVC101WT-01

  • 1英寸 1024×600 工业级 TFT 面板和 4 线电阻式触摸屏;
  • 亮度为 300cd/m²，LED 背光;
  • RGB色彩为65K；
  • 可视区域为7mm × 125.3mm；
  • 可视角度为70°/70°/50°/60°；
  • 工作寿命为20000小时。32位Cortex-M4 200Hz CPU；
  • CPLD EPM240 TFT-LCD控制器；
  • 128MB（或1GB）闪存；
  • USB接口（U盘）下载；
  • STONE工具箱软件用于图形用户界面设计，简单强大的十六进制指令。

STONE HMI基本功能

  • 触摸屏控制/显示图像/显示文本/显示曲线/读写数据/播放视频和音频。适用于各种行业。
  • UART接口为RS232/RS485/TTL；
  • 电压范围：6V-35V；
  • 功耗：0W；
  • 工作温度：-20℃ / +70℃；
  • 环境湿度：60% 至 90%。

STVC101WT-01 LCD 模块通过串口与 MCU 通信，本项目中需使用该模块。只需通过上层计算机的菜单栏选项将设计的UI图片添加到按钮、文本框、背景图片及页面逻辑中，生成配置文件，最后将其下载至显示屏运行。

除数据手册外，还提供用户手册、常用开发工具、驱动程序、部分简单示例程序、视频教程及测试项目文件。

Arduino UNO

参数

  • 型号 Arduino Uno
  • 微控制器 atmega328p
  • 工作电压 5 V
  • 输入电压（推荐） 7-12 V
  • 输入电压（限制） 6-20 V
  • 数字 I/O 引脚 14
  • PWM 通道 6
  • 模拟输入通道（ADC） 6
  • 每个 I/O 的直流输出 20 mA
  • 3V 端口输出容量 50 mA
  • 闪存 32 KB（其中 5 KB 用于引导程序）
  • SRAM 2 KB
  • EEPROM 1 KB
  • 时钟频率 16 MHz
  • 板载 LED 引脚 13
  • 长度6 mm
  • 宽度4 mm
  • 重量 25 g

Medical-VentilatorSTONE-LCDArduino-UNO

开发步骤

Arduino UNO

Download IDE Link: https://www.arduino.cc/en/Main/Software

Medical-VentilatorSTONE-LCDArduino-UNO

这里，因为我的电脑是Win10，我选择第一个并点击

Medical-VentilatorSTONE-LCDArduino-UNO

仅下载

安装Arduino

下载后双击安装。需要注意的是，Arduino IDE依赖于Java开发环境，需要在电脑上安装Java JDK并配置环境变量。如果双击启动失败，可能是电脑未安装JDK。

代码

Medical-VentilatorSTONE-LCDArduino-UNO

在此处需设置命令以识别串口界面，具体为：

Enterbreathwave 是从识别界面发送的按钮命令，用于进入呼吸界面

Breatbacktobg 是从识别界面发送的按钮命令，用于退出呼吸界面

Enterhearto2wave 是从识别界面发送的按钮命令，用于进入氧气界面

Hearto2backtobg 是从识别界面发送的按钮命令，用于退出氧气界面

Start wave 是发送至屏幕的初始波形数据。

Cleanwave 用于清除发送至屏幕的波形数据。

然后点击勾选框进行编译。编译完成后，点击第二个箭头图标将代码下载至开发板。

Medical-VentilatorSTONE-LCDArduino-UNO

STONE TOOLbox（图形化设计软件）

添加图片

使用已安装的 STONE 工具箱，点击左上角的“新建项目”，然后点击“确定”。

随后将生成一个默认项目，背景为蓝色。选中该项目并右键点击，选择“删除”以移除背景。然后右键点击图片文件并点击“添加”以添加自定义图片背景，如下所示：

Medical-VentilatorSTONE-LCDArduino-UNO

设置图片功能

首先设置开机图片，工具 -> 屏幕配置，如下所示

Medical-VentilatorSTONE-LCDArduino-UNO

随后需要添加视频控制以实现开机页面停止后自动跳转。

Medical-VentilatorSTONE-LCDArduino-UNO

这里设置为开机页面停止后跳转到页面0，重复次数为0，表示不重复。

选择界面设置

Medical-VentilatorSTONE-LCDArduino-UNO

这里设置第一个按钮图标。按钮效果采用页面6，跳转到页面3。同时向Arduino Uno MCU发送0x0001值以触发数据生成。第二个按键的设置类似，但键值命令不同。

动画效果设置

Medical-VentilatorSTONE-LCDArduino-UNO

在此处添加预先制作的1_breath.ico图标，并设置动画停止值和开始值，以及停止图片为1和开始图片为4，并设置不显示背景。这还不够。如果需要动画自动移动，需要进行以下设置：

Medical-VentilatorSTONE-LCDArduino-UNO

添加音频文件

开机后，点击打开时实现语音提示功能，需添加音频文件，其中音频文件编号为0。

Medical-Ventilator+STONE-LCD+Arduino-UNO(19)

实时曲线

此处制作了两个波形。为实现独立控制，采用两个数据通道，即通道1和通道2。建议设置Y_Central和YD_Central的值及颜色。命令如下：

uint8_t StartBreathWave[7] = {0xA5, 0x5A, 0x04, 0x84, 0x01, 0x01, 0xFF};
uint8_t CleanBreathWave[6] = {0xA5, 0x5A, 0x03, 0x80, 0xEB, 0x56};
uint8_t StartHeartO2Wave[9] = {0xA5, 0x5A, 0x06, 0x84, 0x06, 0x00, 0xFF, 0x00, 0x22};
uint8_t CleanHeartO2Wave[6] = {0xA5, 0x5A, 0x03, 0x80, 0xEB, 0x55};

设置完成后，编译、下载并升级到U盘。

连接

代码

/*
Serial
*/
//#include
#include "stdlib.h"
int incomedate = 0;
//#define UBRR2H
//HardwareSerial Serial2(2);
uint8_t i = 0, count = 0;
uint8_t StartBreathWaveFlag = 0;
uint8_t StartHeartO2WaveFlag = 0;
uint8_t EnterBreathWave[9] =    {0xA5, 0x5A, 0x06, 0x83, 0x00, 0x12, 0x01, 0x00, 0x01};//
uint8_t BreathBackToBg[9] =     {0xA5, 0x5A, 0x06, 0x83, 0x00, 0x14, 0x01, 0x00, 0x02};//
uint8_t EnterHeartO2Wave[9] =   {0xA5, 0x5A, 0x06, 0x83, 0x00, 0x13, 0x01, 0x00, 0x03};//
uint8_t HeartO2BackToBg[9] =    {0xA5, 0x5A, 0x06, 0x83, 0x00, 0x15, 0x01, 0x00, 0x04};//
uint8_t RecievedTemp[9] = {0};
uint8_t StartBreathWave[7] = {0xA5, 0x5A, 0x04, 0x84, 0x01, 0x01, 0xFF};//
uint8_t CleanBreathWave[6] = {0xA5, 0x5A, 0x03, 0x80, 0xEB, 0x56};//
uint8_t StartHeartO2Wave[9] = {0xA5, 0x5A, 0x06, 0x84, 0x06, 0x00, 0xFF, 0x00, 0x22};//
uint8_t CleanHeartO2Wave[6] = {0xA5, 0x5A, 0x03, 0x80, 0xEB, 0x55};//
void setup() {
Serial.begin(115200); //115200
}
void loop() {
if (Serial.available() == 9)//
{
for(count = 0; count < 9; count ++)
{
RecievedTemp[count] = Serial.read();
}
if(RecievedTemp[8] == 0x01)
{
StartBreathWaveFlag = 1;
StartHeartO2WaveFlag = 0;
Serial.write(CleanBreathWave, 6);
delay(1000);
}
else if(RecievedTemp[8] == 0x02)
{
StartBreathWaveFlag = 0;
Serial.write(CleanBreathWave, 6);
}
else if(RecievedTemp[8] == 0x03)
{
StartHeartO2WaveFlag = 1;
StartBreathWaveFlag = 0;
Serial.write(CleanHeartO2Wave, 6);
delay(1000);
}
else if(RecievedTemp[8] == 0x04)
{
StartHeartO2WaveFlag = 0;
Serial.write(CleanHeartO2Wave, 6);
}
}
if(StartBreathWaveFlag == 1)
{
delay(1);
Serial.write(StartBreathWave, 7);
i = rand();
StartBreathWave[6] = i;
}
else if(StartHeartO2WaveFlag == 1)
{
delay(1);
Serial.write(StartHeartO2Wave, 9);
i = rand();
StartHeartO2Wave[6] = i;
i = rand();
StartHeartO2Wave[8] = i;
}
}

附录

Medical-Ventilator+STONE-LCD+Arduino-UNO

Medical-Ventilator+STONE-LCD+Arduino-UNO

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