基于单片机的病房无人看护系统的研究与设计修

1、附件3:湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项 目 申报表项目名称：基于单片机的病房无人看护系统的研究与设计学校名称湖南科技学院学生姓名专业名称性别入学年份曾雄电子信息工程男2009年9月陈武银电子信息工程男2009年9月李观培电子信息工程男2009年9月曾红艳电子信息工程女2009年9月刘瑞超电子信息工程男2010年9月指导教师包本刚职称副教授学科专业电路与系统项目研究和实验的目的和要解决的主要问题：一. 项目实验前景与内容分析随着社会的不断发展，各种管理变得越来越人性化、智能化，然而，在某些领域也存 在着一些不够完善的管理方式，比如：医院对病房、病人管理时，对各类病人的情况不 能及时的了

2、解和解决，这给医院和病人带来了诸多不便，更为重要的是病人的安全没有 保证。本项目（病房无人看护智能系统）是由中央计算机以及各子系统组成的综合性系统， 它采用传感技术、现代通信技术和最新电子技术来构造系统。各子系统是通过单片机对 各病房的各种情况的监控（主要包括：病房温度、湿度、点滴的注射情况及进度）及监 控信息的传送，让管理者能随时掌握各病房的各种状况并及时进行处理，管理者通过PC 界面将控制信号发送给子系统，监控和管理病房的各种情况，为病人和医院带来便捷。二. 研究性学习与创新性实验总体模块我们将该系统分为三个主要部分：1、病房内温度、湿度的检测与分立式空调的控制2、点滴流速的检测与控制3、

3、计算机控制端的界面设计与数据库的建立三. 病房无人看护系统总体结构框图图1病房无人看护系统总体结构图该系统分为三大板块：（1）温度和湿度检测和分立式空调控制板块；（2 ）点滴检测与控制板块；（3 ）计算机管理软件控制端板块；我们利用护士站台的微型计算机分别控制每个病房的温度、湿度和每个病房里每个病床的点滴注射情况。该系统具体运行流程可以分为两个阶段：一、由下位机 （点滴检测与控制子系统、温度和湿度检测子系统）采集各种信息并将采集到的信 息传送给数据处理模块，在进行处理之后，通过地址与数据总线把相应模块的信息传送 给上位机（计算机控制端）；二、医生或护士等管理者通过计算机的管理软件查看 由各病房

4、的下位机传送来的信息，并且通过发送控制信息给下位机，由下位机去执 行，完成管理者的任务。这种管理方式既可统一控制各个病房， 又可单独控制各病房的每一个病床， 达 到多种模式管理的效果。四. 病房无人看护系统实现的主要功能：1、点滴的流速的检测和控制，初步设定相关的参数后其自动监控运行，若出 现异常情况及时预警，以达到点滴注射无人看护的功能。2、温度和湿度的检测控制，在管理员设定适宜的温度湿度后，单片机可根据上位机发来的控制信息自行的监控病房的环境状态，并控制空调的运作，以实现空调节能、高效运行的效果。3、设计相配套的管理软件（包含数据库），使医务人员能及时掌握病人及病 房的相关信息并储存，并且

5、能调控各病房的环境。五. 研究性学习和创新性实验的目的和任务目的： 研究性学习和创新性实验是一种学习方式，它从学习者个体发展的需要和 认识规律出发，提出了以“创造”为指向的学习形式及有关的学习内容：首先，它培养我们发现问题和解决问题的能力。研究性学习和创新性实验通常围绕 一个需要解决的实际问题展开。在学习的过程中，通过引导和鼓励学生自主地发现和提 出问题，设计解决问题的方案，收集和分析资料，培养收集、分析和利用信息的能力。其次，培养我们的合作能力与团队精神，合作的意识和能力。研究性学习和创新性 实验的开展创设了有利于人际沟通与合作的教育环境，使学生学会交流和分享研究的信 息、创意及成果，发展乐

6、于合作的团队精神。任务：研究性学习和创新性实验的任务是培养大学生主动探索研究、获得亲身体验、 培养解决实际问题能力。倡导以大学生为主体的创新性实验改革，调动学生的主动性、 积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识，通过开展实施计划，带动大学生在 学习阶段得到科学研究与发明创造的训练，改变目前大学生在实践过程这一环节的薄弱， 动手能力不强的现状，逐渐增强掌握思考问题、解决问题的方法，提高其创新实践的能 力。六、对各模块的具体分析和设计：【一】病房温度、湿度和空调控制板块1、实验目的和要解决问题的分析实验目的：适宜的环境对病人是很重要的，为了让病人在最舒适的环境中休养，同时也让病 房达到节能的

7、效果，我们设计了病房温度湿度自动调节系统就很好的解决这一问题。要解决问题的分析：我们初步设想是通过设定一个初始值以后，该子系统会自动监控整个病房温度和湿 度的实时情况，使系统在初始值附近基本保持稳定，并且在病房病内的人也可以根据自 身的实际情况改变初始温度湿度值，同时病房的温度湿度情况可以在病房和控制室显示。 医务人员了解后可以进行相应的处理，及时的解决问题。（总体框图如图2所示）采用PC机与单片机多机通信，实现对多个房间空调的监控与控制，可同时或者对任意 某台空调实现开启和关闭，温度设置，制冷或制热等一些基本的控制。对每个房间的环境温 度进行采集并定时发送给PC机，供医务人员查看，并可由数码

8、管在病房进行实时显示。当 某个房间温度低于或者高于初始设定的温度时单片机可自行控制空调进行调节，实现实时 监控的作用。初始温度湿度还可由病房里的人员调节，以达到人性化设计的目的。疽度湿度盅.技图2温度、湿度监控总体图PC 检割单片机BW51lfeDS1BB2a图3温度、湿度监控模块工作流程图2、框图说明：a. PC机为普通的带有串口的台式机，作用：在其Windows平台上创建一个该系统的管 理软件，控制每台空调的工作并且实时监控。b. MAX232为电平转换芯片，由于PC机串口为RS232接口只能识别EIA电平，而单片 机只能识别普通的TTL电平,此芯片的作用就是将两种电平进行转换达到数据通讯

9、的目的。c. 以单片机为核心的下位机系统主要作用是采集房间内的温度并根据PC机的命令，实 现对分立式空调的自动控制。d. DS18B20为单线数字温度传感器，负责室内温度的测量。e. HM1520为线性电压输出式集成湿度传感器。f. 通过对独立键盘的操作，可以设定病房的初始温度湿度。【二】点滴检测与控制模块1、实验目的和要解决问题的分析实验目的：现今的医院在病人输液过程中，护士常常顾此失彼，对各病房的信息不能及时的 了解，结果往往是病人感到不适的时候也还找不到相关负责人，在病人及其陪护人员有 时也会疏忽点滴注射情况，因此存在很大的安全隐患。针对这种的状况，本模块提供了 一种无人看护装置，在无人

10、看护情况下也能解决病人在点滴方面的需求的这一问题。要解决问题的分析：本模块主要是在点滴流速的检测与控制方面，实现在病人无人陪护的情况下，对流 速的自动检测与89C51单片机控制修改同时包括人性化设置，此外还有对液体的加热和 快输完液时由单片机控制的自动报警，同时将输液过程中的点滴情况定时发送给PC终 端控制，由主控台随时了解各病房的最新状况，便于对输液情况的及时控制和管理。2、该板块硬件框图设计5图4多瓶点滴检测与控制详细图1、2、3为电子输液管流速控制夹；4为点滴流速检测装置；5为扬声器用于报警。 各个装置均由89C51单片机控制，单片机通过MAX232芯片进过电平转换与PC机进 行通信。该

11、板块具体运行流程如下：流連检測PG讯MAX4|L89C51牌蛊锌作图5点滴模块运行流程图a、PC控制端是主控台的界面显示端，它显示出单片机收集到的各病房的点滴流速、 液体温度、是否报警等情况，也方便工作人员的控制。b、MAX232为电平转换芯片，由于PC机串口为RS232接口只能识别EIA电平, 而单片机只能识别普通的TTL电平，此芯片的作用就是将两种电平进行转换，达到将各 病房的点滴状况传送给PC机的数据通讯的目的。c、89C51单片机负责采集通过PR116-035红外线测量的液体的流速和是否达到 报警要求，同时控制液体流速（液体初始流速通过医生设置，病人在打点滴过程中自行 通过键盘操作调节

12、亦可）和扬声器预警提示。d、测量液体流速是在滴管处安装一个PR116-035红外线发射装置，另一边通过 CDS光敏电阻接收并通过检测光敏电阻的电压变化来计数，从而达到测出每分钟滴下的 液滴即液体流速的目的。e、电子输液管流速控制夹是在接收单片机对流速控制指令后，自动挤压输液软管 的管壁，以达到控制流速的目的；并且在控制电子控制夹的开关的顺序就可实现多瓶点 滴自动输液的可能；与此同时在测流速时检测到液体没滴下时将信号发送给89C51单片 机，单片机则发出报警信号给主控台并通过扬声器发出语音提示通知病人。【三】PC管理软件与数据库的建立板块1、实验目的和要解决问题的分析实验目的：对于一般的医务人员

13、是难以理解数据库的内容和表达的形式，因此不便于医务人员 的操作和管理，于是设计相应的管理软件作为医务人员与硬件之间沟通的重要工具，便 很好地解决之一难题。要解决问题的分析：在windows平台上设计一个具有良好界面的管理软件，医务工作人员主要是通过软 软件与PC机进行交流。再由PC机对各病房进行监控。软件是PC机系统设计的重要依 据。为了方便医务工作人员工作，在设计PC机管理系统时，我们全局考虑软件与硬件 的结合，使PC机系统具有较高的总体效用。2、管理软件的设计框图图6应用软件的设计3、PC管理软件与数据库主要实现功能：a 对各病房的各病人建立基本信息数据库用于病房温度湿度数据及病人输液情况

14、的 存储。b. 运行时，能够提供所要求功能和性能的指令（如：控制信息的设置与发送，反馈信 息的接收与处理）。c. 程序能够满意地处理信息的数据结构并通过简洁易懂的图形文字显示出来。d. 程序工作时，能对某些故障进行检查与简单的排查，便于医务管理人员了解系统的 及时状况。七、研究和实验的主要内容及预期成果：主要内容：1、病房温度、湿度的自动化控制设计2、对多瓶点滴智能化控制的设计3、有效的应用管理软件的设计预期成果：(1) 设计出各分模块的电路模型，并在PC机上设计开发出一个人性化的综合管理软 件，实现对各分模块的集中控制实现整个无人看护系统。(2) 根据研究性学习和创新性实验项目的研究成果，争

15、取在省级以上刊物公开发表 文1-2篇。八、各阶段研究性学习和创新性实验计划：1、大二下学期(2011年上期)，根据所学数字电路模拟电路、及自学单片 机等课程及查找资料完成各板块电路基本框架的设计和方案的论证。2、大三上学期(2011年下期)，根据所学传感技术EDA技术等课程完成信 号采集模块的设计和硬件制作。3、大三下学期(2012年上期)，根据所学数字信号处理、DSP技术等课程完 成数据通信模块的研究与设计。4、大四上学期(2012年下期)综合各模块，在windows平台上的用VC设计出 一个集成管理软件，完成对病房无人看护系统的软、硬件的调试，并发表相应的论文， 申请相关专利。九、参考文献：1江勇.基于AT89C51的输液远程监控系统的研究D昆明理工大学,2007 .2许鸣宇.智能化阀门电动执行器调速装置的研究与开发D大连理工大学,20003梁维铭，黄劲.输液速度自动测控系统J广西科学院学报,2002,(04).4何立民.单片机应用技术选编(9)J单片机与嵌入式系统应用,