静脉输液自动控制装置的设计_图文

1、文章编号:10069798(200402008904静脉输液自动控制装置的设计曹海建,庞英(青岛大学机电学院,山东青岛266071摘要:在对病人进行静脉输液时,为减轻医护人员的劳动量,方便病人和家属,对托马氏管输液进行了总量、温度、滴速3方面的自动控制,从器件选择、电路设计、软件编写等角度提出了解决的方法,给出了较为可靠的设计方案。该装置控制内容较为全面,工作可靠,可应用在大中型医院中,尤其适用于传染科病房。关键词:静脉输液;PIC ;PTC ;CAN 总线;模数转换;捕捉/比较/脉宽调制中图分类号:TP271文献标识码:A医院通常是用托马氏管对病人进行输液,医护人员经常要调整滴速,监视药液是

2、否输完等情况,为减轻医护人员的劳动量,同时考虑到了药液的温度会对病人的病情有影响,我们设计了这套静脉输液综合控制装置。1控制内容1输液总量的控制由医护人员预先置入输液总量,系统保存该总量,并随时监测是否已经输完,输完报警。2滴速控制其控制单位是“滴/min ”,其数值也是由医护人员预先置入,如80滴/min 。3温度控制该项控制内容是可选择的,由医护人员根据外界环境和经验以及病人的需要决定是否开启该项控制。4滴注过程监视将床号、当前药液余量、滴速、温度(如果选择了该项控制等控制信息通过串行通信方式传送到护士值班室里的监视中心,医护人员可以随时了解输液情况,同时病人出现异常时可按求助键,护士值班

3、室即出现报警信息并显示床号。系统框图如图1所示。图1系统框图2器件选择医院用的仪器设备关系到病人的健康甚至生命安危,工作必须安全可靠,不能出任何差错,所以在选择器件的时候,一定要考虑到其稳定性,尽量选用集成度高的芯片,以减少各元件之间的干扰作用。1单片机的选择选用M ICROCHIP公司生产的PIC16F8771。这种单片机内部的硬件资源相当丰富,几乎不需要外扩其他的器件。它的内部集成了A/D 模块、定时计数器模块、捕捉比较和脉宽调制(CCP 模块、串行通信模块、以及内置EEPROM ,可以满足该装置的需要。收稿日期:20031016作者简介:曹海建(1982,男,在读本科生,课余时间进行单片

4、机系统的深入学习和研究。第19卷第2期2004年6月青岛大学学报(工程技术版JOURNAL OF QING DAO UNIVERSIT Y (E &T2周边集成芯片的选择为保证系统的稳定性和降低设计难度,周边器件尽量采用M ICOCHIP 公司的产品。温度传感器采用的是TC10462,其高精度的温度2电压转化可以在-40125范围内工作,灵敏度为6.25mV/,工作电流低至60A ,输出电流100A 。放大器采用M ICROCHIP 公司生产的标准单运放MCP6041,其特点是微功耗,超低工作电压,较高的BW/I Q 比,特低THD +N (总谐波失真+噪声,特别适用于驱动A/D 转换

5、,用在医疗设备上无可挑剔2。为保证安全性与可靠性,采用CAN 总线协议进行串行图2PTC 特性曲线通信。选用M ICORCHIP 的CAN 总线控制器MCP25025。3其它器件的选择加热元件采用PTC 热元件,主要是考虑到了PTC 元件阻值随温度升高而增加的特性3,以保证病人的安全。PTC 元件的特性曲线如图2所示。采用光电耦合型隔离器,直流电机,BN5279A 数码管和键盘接口芯片4,标准4×4矩阵键盘,6位L ED 显示器。3实现方法及硬件电路设计1流量和滴速的检测及控制只需一对光电耦合二极管置于托马氏管突起部分的两侧,无液滴时D1发光二极管发出的光信号使光电管T1导通,如图3

6、所示。当有液滴通过时挡住光线,使T1截止,这样便产生一个脉冲,送给单片机计数器引脚T0C K0,每计到16滴大约是1mL (通常输液完毕都要留有一定的余量,因此通过药滴计数的方式来估算余量时可以的,同时显示器显示的余量减1,若余量减到0,便触发报警,并自动关闭输液。同时该脉冲还送给了单片机的捕捉功能模块的引脚CCP1,当单片机捕捉到每个脉冲的上升沿时便产生一个中断5,并自动记录下TMR1的值,这样便可以编写适当的程序来检测两个脉冲的时间间隔,从而得到药液的滴速,单片机通过将该滴速跟预置的滴速比较来确定直流电机的正反转,并由执行机构实现药液滴速控制 。图3静脉输液控制装置电路图09青岛大学学报(

7、工程技术版第19卷2药液温度的控制将PTC 热元件缠绕在药瓶的颈部,并将温度传感器TC1046附着在PTC 上,传感器的输出经放大器MCP6041后直接连到16F877的A/D 输入引脚AN0(如图3所示5,通过计算分析得到某一时刻PTC 元件的温度,PTC 元件的温度和输入到人体的药液温度的函数关系需要通过实验分析得出,有了这个函数关系,便可以通过对PTC 元件通断电来控制药液温度。以上的控制信息将随时送到显示缓冲区中,并通过RD 口送到CAN 总线控制器MCP25025中,通过CAN 总线将信息反馈到监视中心的PC 机中(单工方式。每一台控制器都有自己的标志,这就是医护人员事先输入的床号,

8、有了这个标志,值班室里的监视中心便可以识别某一台控制器反馈的各种信息,即某一床位的输液情况,以便医护人员做出处理。若输液完毕,或者病人按了求助键,则值班室也将收到报警信号,并附带床号信息。如果出现针头堵塞的意外情况,控制器便可以检测到滴速迅速减小,此时也要向控制中心发报警信号。图4主程序框图4软件的编写软件部分主要由以下几个模块构成:1主程序模块完成初始化和启动各个子模块。主程序框图如图4所示。2BN5279A 接口程序模块该模块与接口芯片BN5279A 配合完成预置信息的输入,以及输液情况的显示。3A/D 中断子程序模块每次A/D 转换完成便进入此模块,将得到的数字量经过一定的算法处理,跟预

9、置的温度比较后决定是否启动PTC 加热。4TIM ER0溢出处理模块设定TIM ER0每计满16次便溢出,总量寄存器减一,并判断是否为零,如果为零,则发指令驱动电机转动,直至关闭输液,如果不为零,则刷新显示缓冲区,重新设定TIM ER0计数。5CCP1中断子程序模块每滴下一滴药液都会产生CCP1中断,该模块的任务就是得到两次产生中断的时间间隔(可以通过读TMR1的值得出5,从而算出某一时刻药液的滴速,并跟预置的滴速比较,确定电动机的正反转。如果发现滴速骤减,则发出异常报警。6IN T 中断子程序模块病人按求助键时,进入此模块,其任务是触发报警。7与MCP25025的接口模块该模块的任务是对MC

10、P25025进行编程,并将各种控制信息(床号,余量,温度,滴速,报警信号送入MCP25025。8监视中心PC 程序任务是接收各控制器送来的信息并显示。5结语静脉输液控制系统具有如下特点:1对静脉输液全过程进行了多方面控制,减轻了医护人员的劳动。2选用了高集成度,高稳定性的芯片,减少了电路干扰。3采用CAN 总线协议进行通讯,提高了可靠性。4操作简单,使用方便。参考文献:1Microchip.PIC16F87X Microcontroller Data Book Z.USA :Microchip Technology Inc ,2002.2Microchip.DS008412ChinaZ.USA

11、 :Microchip Technology Inc ,2002.19第2期曹海建,等:静脉输液自动控制装置的设计29青岛大学学报(工程技术版第19卷3电子报社.电子报1999年合订本M.桂林:电子科技大学出版社,1999.141.4贝能科技有限公司.开发系统与芯片选型指南Z.福州:贝能科技有限公司,2001.53.5窦振中.PIC系列单片机原理和程序设计M.北京:北京航空航天大学出版社,1998.99-110,191-200.Design of the Autocontrol to V ein Inf usionCAO Hai2jian,PAN G Yan2ying(College of M

12、echanical and Electrical Engineering,Qingdao University,Qingdao266071,ChinaAbstract:To reduce the nurseslabour and be convenient for patientsfamily,we carried on automat2 ic control to Thomas infusion which includes the aspects of total amount,temperature,drip speed.This article shows the solvable m

13、ethods from device choosing,circuit designing,software writing.The comparatively reli2 able plan of design has been given.This device has comparatively complete content of control,which works reli2 ably and can be applied in large or medium2sized hospital,and particularly be applicable to the infect

14、ion section sickroom.K ey w ords:vein infusion;PIC;PTC;CAN BUS;A/D;CCP(上接第75页erning equations.Turbulence was modeled by the standard k2model and the coupling between velocity and pressure is through the SIMPL E algorithm.The distribution of the velocity moment and other flow parameters are obtained

15、from the simulation besides the performance of the pump and the ratio of the hydraulic loss of the volute to the total loss of the pump.The results show that the full passage calculation can successfully simulate the nonuniform inlet condition of the volute,the shape of the clapboard in the volute has important influence up