顾 达 张家港中等专业学校 215600
【文章摘要】
研究模拟集成电路的撕裂分解技术，讨论了子电路状态判断的方法与条件。提出了逐级搜索撕裂的想法，改进了电路撕裂的基本方法，使电路的撕裂具有简便性、灵活性。结合电路撕裂仿真算例，总结出电路撕裂的基本步骤。
【关键词】
电路；分解撕裂；算法
1 作品形成背景和优化过程
作品产生的来源说来也是一个巧合， 在2013 年暑期的时候我爸爸突然心血管疾病突发，整整一个月我一直在医院重症监护科陪伴，对我来说其中有件事情是几乎每天都要去做的，而且每天要几次，也就是每天需要根据医生的嘱咐及时将方便的尿量告知护士并记录下来（因为病人每天在什么时候方便、便量的多少对于病人病情的诊断有着重要的参考价值），这不论对于病人（或者陪护人员）还是值班护士来说很是不方便，病人或者陪护人员需要在方便完之后将尿壶拿起并放稳根据上面的刻度来准确的读出尿量，并及时告诉值班护士记录下来。
鉴于这样的情况我当时也偶发这样一个想法以后我能否设计一个尿壶能否直接进行计量，当然这样的想法也就形成了“可自动计量并在液晶屏上直观显示容量的尿壶”，也可以说是“无线尿量监测装置”的前身（我们称之为第一代作品）。后来我们整个团队在设计、调试的过程中也发现第一代作品的种种弊端，譬如（1）、在尿壶侧面由于带有液晶屏，尽管计量非常直观方便，但是耗电比较快，电池很快就用完了，还得进行快速充电，这显然不符合节能的设计理念。（2）在进行第一代作品设计控制电路的时候我们的电路设计和制作都是用多功能万能板进行手工焊接、连线的，大大小小的电路板加起来总共有6 块，由于时间仓促没有用专门的PCB 设计软件进行电路板集成化设计，因此整个尿壶的控制系统显得比较庞大，而且整个系统工作很不稳定，针对这样的情况并我们结合医院中最终的目标也就是及时告知值班护士记录尿量和时间，我们在第一代作品的基础上进行大胆的改革创新，一方面将比较耗电液晶屏去掉，同时在控制主板上增加了无线发射模块，在电脑终端上外接232 通讯转USB 通讯接口的无线接收模块，还制作了专门的监测软件，也就形成我们的第二代作品“无线尿量监测装置”。
2 作品主要功能和创新点
与传统的医用尿壶相比较，无线尿量监测装置的主要功能是病人在方便之后，只需简单的按一下触摸按键就能将病人床号、排尿时间和排尿量等相关数据及时准确的发送到电脑终端上的无线接收模块并在相应的监测软件画面上显示出来， 无线尿量监测装置的创新点主要体现在以下几个方面：
1 具有无线监测的功能（无需医务人员繁琐的询问与记录）；
2 具有自动计量的特点；（无需病人繁琐的读取尿量并告知值班护士）；
3 病人排尿相关数据（时间、病号、排尿量）准确、及时、迅速；
3 作品整体设计思路和工作原理
3.1 整体设计思路
如图1-1 产品整体设计方框原理图， 利用压力传感检测模块将尿量转换成电压模拟量，在此基础上利用ADC0809 芯片进行模数转换将信号送至微处理器AT89S52 的P0 端口，然后通过程序处理还原相应的尿量，而作为病人或者陪护人员只需要将尿壶放好，通过按键即可通过无线发射模块将数据传输到无线接收模块，再通过232 转USB 通讯传输到电脑终端并在监测软件画面上显示，也就是在监测软件画面上及时准确的显示病人号码、排尿时间和排尿量如图1-2 所示.
3.2 作品主要组成部分
（1）电源模块
根据电路整体设计方案，为确保压力传感检测模块输出模拟量的精确性和稳定性。压力传感器的电源采用了正、负5V 双电源供电（其他各个模块的电源均为DC5V 电源供电），电源电路设计如图1-3 所示，采用正、负9V 双电源（两节9V 电池） 通过双刀双掷自锁开关S1 作为三端稳压电源集成块VT4 和VT5 的输入端，其中二极管VD1 和VD2 利用其单向导通性进行电源极性保护，避免电池接反，而其中的电容器C1-C7 进行电源高频和低频滤波，为称重传感器提供一个相对纹波系数小，电压稳定的电源，目的是为了能够使压力传感器在使用过程中更灵敏和稳定，其中LED 为电源指示灯。
（2）微处理器控制模块 系统采用AT89S52 双列直插式的(DIP40) 微处理器。
（3）压力传感检测模块
如图1-4 所示，其中的BR 是电阻应变片传感器（如图1-5 所示），通常压力传感器是被固定在平稳的支架上的，如图1-6 所示，重物放在平稳的支架上，利用其应变片将弹性元件的变形转换为阻值的变化，再通过转换电路转变成电压信号或电流信号，通过放大后再用数字或模拟显示仪器指示。
而传感检测电路的后级是由U1 的四运放组成模拟放大电路，运算放大器A 和B 组成了平衡对称双输入、双输出的差动放大电路，RP1 为为使运算放大器A 和B 获得相同增益进行调整，电阻R1、R5 为反馈电阻。在没有尿壶时，差动放大电路AB“3”“5”脚的两输入信号电平均为0。运算放大器D 对差动放大电路AB 的输出信号进行放大，并送运算放大器C 对信号再进行放大，电阻R12、R3 分别是运算放大器C、D 的反馈电阻。在调整模拟放大电路时要使运算放大器C 的“10”脚的电位为0，这样压力检测的结果可确保误差是最小的，为了保证“10”脚的电位为0， 在“10”脚接入调零电路。调零电路非常简单，由电阻R8、电位器RP2、电阻R9 串接，并在R8、R9 两端分别接＋ 5V 和－ 5V。在静态时，加空尿壶调整电位器RP2，可使“10”脚的电位为0，一旦RP2 位置确定， 就不能改变。运算放大器D 的“14”脚是压力检测时整个模拟放大电路输出信号端口。该模拟放大电路在秤盘没有放尿壶时，“14”脚是没有任何的信号输出的。
（4）A/D 转换模块
由于系统采用的是AT89S52 微处理器，主芯片内部没有A/D 转换功能，因此系统控制主板增加了以ADC0809 芯片为
图1-1 产品整体设计方框原理图
图1-2 无线尿量监测软件画面示意图029
实验研究
Experimental Research
电子制作
核心的A/D 转换模块，因ADC0809 内部没有时钟电路，所需外部时钟电路必须由外界提供通常使用500KHZ, 如图1-7 所示系统利用16M 晶振通过CD4060 十四级二进制串行计数器分频得到，此处选Q5 即五级分频即16M/32=500K 得到稳定的时钟控制信号。其中IN0-IN7 为模拟输入通道，而ADD A、ADD B 和ADD C 为地址输入用于选择IN0-IN7 中模拟的模拟通道，此处选择IN0（连接压力传感检测的模拟量输出端OUT）, 因此ADD A=ADD B= ADD C=0。DB0-DB7 为数字量输出线直接将信号送至微处理器的P0 端口。ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效，START 为启动转换信号，上升沿时所有内部寄存器清零，下降沿时内部进行A/D 转换，OE 为输出允许信号，高电平时允许输出，低电平时输出数据呈高阻态，ALE、START 和OE 引脚的信号由AT89S52 微处理器的CS、WR 和RD 通过74AHC02 与非门提供有效信号。
（ 5）无线发射、无线接收模块
系统采用的是无线数据传输模块CC1101，模块具有超低功耗（3.5mA）， 远距离传输（1M-40M）, 体积小（27mm*14mm*4mm）和宽电压（支持3.5-
图1-5 压力传感器
图1-6 压力传感器及其支架
图1-3 电源电路
图1-8 无线发射模块示意图
图1-4 压力传感检测电路
图1-9 主控电路板
图1-7 A/D 转换模块电路
图1-10 主板与传感支架组装图
表1 030
智能应用
Intelligence Application
031
电子制作
5V) 使用等众多优点 ，以上优点在我们调试的过程中
一一得到了验证。（图1-8）
（6）按键输入模块
控制电路中设置了3 个按键，其中S2 为功能切换，S3 为加减，S4 为无线发射键，其中S2 和S3 工作人员进行调试时使用，譬如床位的调整和时间的微调等，而S4 按键是专为病人或者陪护人员设置使用的一键发射进行数据传输。
（7）无线尿量监测软件
系统采用的监测软件是利用Visual Studio 2008 软件制作的无线尿量监测软件，如图1-2 所示为软件工作画面。
3.3 控制电路板
（1）主控电路板电路图（如附件1 ：系统电路原理图）
（2）主控电路板
系统主控电路板如图1-9 所示，其规格尺寸和打孔固定位置完全与压力
传感器支架符合，组装效果如图1-10 所示。
3.4 整体调试
（1）整机电流35mA, 整机功率175m W，（与第一代作品相比功耗有了明显地大幅度的降低）。
（2）压力传感检测模块模拟输出量和监测软件尿量显示的整机调试
将空尿壶平稳放在压力传感器支架上，调节RP1 和RP2 电位器，使得OUT 端输出电压为0V，在此基础上对尿壶平均加量进行模拟量输出和监测软件显示尿量检测，我们通过反复的调试和编程优化得到以下比较理想的调试效果，显示误差在10% 以内。( 表1）
（3）一键发射与接收功能的调试
这一环节主要调试以下两个方面： A、无线发射与接收模块之间在不同距离情况下数据传输的稳定性和灵敏度；B、232 转USB 通讯的稳定性调试和监测软件使用情况是否稳定。通过我们反复的实验和调试在无线发射模块也就是尿壶与接收模块（电脑终端护士服务站）之间相距5-35M 之间数据的输出都是比较正确和稳定的。
当然在这一过程中实际上系统也有了不断的改进：（1）原先是利用DC5V 的电源适配器给232 通讯接口供电，再利用232 串口通讯这样一方面增加了成本必须配备一个电源适配器，另外232 通讯接口的多样性使得其没有USB 通讯的通用性强；（2）时间的设定原先在系统断电后我们必须手动按键调整，后期我们利用无线发射和接收模块的双向传输特性，利用单片机编程改为由电脑终端通过无线发射、接收模块来提供比较精确的时间。
4 改进设想
1 微处理器利用成本更低廉的并且自带D\A 转换的STC 芯片，这样可以去除系统中原有的D\A 转换模块，使得主板电路可以进一步瘦身优化。
2 作品如能真正的市场化批量生产的话传感检测模块尤其是压力称重传感器及其支架可以和厂家进一步研制使其尺寸进一步优化，当然还包括电脑终端无线检测监测软件的优化便于医生进行数据的整理归纳。
