智能输液速度测控装置的研究与设计

智能输液速度测控装置的研究与设计

滴水和输液是医院常用的医疗手段。医院在对病人进行输液治疗过程中,需根据不同的药物以及不同类型的病人选择合适的滴流速度,并对病人进行监护。目前,对于输液速度的控制主要由护士凭经验和直觉来调整滴速至合适值,存在一定的误差。此外,在输液过程中,需护士实时查看剩余的药体,耗费了大量的人力,并且当药输完或输液过程中发生阻塞时,都需要患者家属及时通知护士来进行处理,很不方便。如果由于人为的一时疏忽,没有及时地换瓶或拔掉针头,便有可能造成医疗事故。针对现有静脉输液中存在的问题,采用光电检测、单片机和通信技术,设计了输液速度自动监控装置,它能够轻松地实现对输液滴速的控制、显示和液体低于设定位置时的声光报警,并通过串行口与主机相连,实现远程集中控制功能。该装置的使用在增加输液安全性的同时也减少了医护人员的劳动。1优化生长控制系统本输液速度自动控制装置的设计能实现多种功能,具体如下:(1)可以通过键盘对床位号和输液速度值进行设置;(2)可对输液速度进行精确的实时检测和显示;(3)当输液速度与设定速度不相等时,该装置能通过步进电机来改变输液瓶的高度,从而起到对输液速度进行调节的功能;(4)可在输液过程中进行人为的强制报警;同时当液体低于设定位置时,即输液结束时可自动报警;(5)能对气泡、空液和输液管阻塞等情况进行异常报警。2系统硬件电路设计2.1原位机监控管理本系统由一台PC机(主机)和若干套液体点滴控制装置(下位机)组成。其中主机通过安装在其上的专用软件指挥和管理整个系统工作,通过通讯电路实现对下位机的远程控制功能;下位机以AT89S52为核心,由点滴速度检测电路、液位检测电路、电机驱动电路、显示与报警电路和通信模块组成。下位机硬件结构如图1所示。2.2接收管信号耦合补偿本系统的滴速检测和液位检测功能是通过红外光电开关传感器来实现的,该传感器其内部具备了红外接收和发射装置,因此电路设计简单,便于小型化。其形状为U型,便于固定在液滴滴落处,它是整个系统的重要组成部分,电路如图2所示。检测电路的工作原理是:当无液滴滴下时,接收管接收到发射管发出的红外线信号较强,输出电平为高电平;当有液滴滴下时,由于液滴对红外线的折射、漫反射、吸收和一定的散射作用,使接收管接收到的光强度减弱,输出为低电平。由于在输液过程中液位端口一直输出低电平,当单片机检测到液位端口为高电平时就报警,提醒医护人员对病人进行相应的处理。接收管接收到的信号经过光电耦合器,将单片机控制电路与外部检测电路隔开,增加了系统各模块的隔离度,提高了整个系统的稳定性,也使单片机的T0口获得了较大的电压差。当无液滴滴下时,外部计数T0口将为高电平;当有液滴滴下时,T0口为低电平,从而产生了下降沿触发T0口进行外部加1的计数。同时,为了提高滴速检测电路的灵敏度,在信号处理部分又加入了双门限的反相输入迟滞比较电路。由于正反馈的作用,这种比较器的门限电压是随着输出电压即LM324管脚1的电压变化而变化的,从而提高了系统的抗干扰能力。2.3电机转速、转向本模块主要通过步进电机改变输液瓶的高度来自动控制输液速度。电机驱动电路的主要作用是控制电机的转速及转向。当单片机检测到输液速度低于设定值时,电机便正方向转动,升高输液瓶的高度,从而使输液速度加快;反之,当输液速度大于设定值时,电机便反方向转动,降低输液瓶的高度,从而使输液速度减慢。这样,通过控制电机的正反转,从而使整个输液过程保持一个恒定的滴速。2.4数码管控制器键盘及显示电路主要完成对床位号和点滴数的设置,并将床位号、点滴数和设定好的滴速送到数码管进行显示。系统采用了74LS245来驱动数码管,该芯片能驱动8位LED显示,使电路在硬件上较为简单且耗电少。为节省端口,键盘设计为行列式键盘,显示采用了动态扫描。本系统共6个按键,一个多功能设置键,按一下进入床号设置,按两下进入输液速度设定,一个增1调节键,一个减1调节键,一个关闭报警键,一个紧急呼叫键,当在输液过程中遇到突发性事件时,按下此键便能快速通知医护人员进行处理,增加了输液的安全性。2.5接收管电压改变,给29c52信号当输液过程中有气泡通过时,红外传感器发射管射出的光信号由于气泡的影响而改变了强度,造成接收管电压的改变,经放大后给89C52发出一个信号,进行异常报警。阻塞检测电路由一个橡胶导管及微动开关组成,当出现输液阻塞现象时,药流入橡胶导管,触动微动开关,微动开关发出信号,在89C52接到信号后,控制报警电路进行异常报警。3软件设计软件是整个液滴速度控制的核心。此软件部分主要完成滴速测量、液位检测、步进电机驱动控制和报警等功能。系统软件流程图如图3所示。3.1液滴数的测定此系统采用周期法来测量滴速,由于每滴液体在经过光电感应探测器时都会引起一次单片机T0口的电平变化,即产生一个下降沿,所以液滴产生的下降沿数目就可认为是所滴下的液滴数。为了增加测量精度,先测出一次5s内的液滴数,然后与第二次测出的5s内的液滴数相加求平均数,再将该平均数乘以12,便可得到1min的液滴数。滴速测试程序流程图如4所示。3.2液位数据查询液位检测原理和滴速测量原理相似。当有液体时,单片机接收到红外对管的信号为低电平,否则为高电平。利用这一原理,使单片机不断地查询液位信号输入端口,从而确定是否报警。在检测液位时,为防止因震荡而引起的液位变化,需要多次检测比较,即加一段延时之后再次检测液位,如果两次检测结果相同则单片机控制进行声光报警,反之则认为是有震荡引起的,不报警。3.3滴速与高度h的关系步进机可通过控制对其输入的脉冲个数进行计数,从而达到对其转动角度的控制。经观察发现,输液滴速V和高度h的关系:V=1.5h+1.33。键盘设定一个滴速后,单片机先通过设定滴速与实测滴速的差值来判断电机的转动方向及转动圈数,然后发出相应的脉冲,对输液瓶高度进行调节。在调节过程中,单片机需要不断地对设定滴速与实测滴速进行比较,直到达到系统规定的误差范围内便停止调节。4可视化人机界面主站PC机通过RS232总线接收下位机监测到的数据,监控主站系统是VC++6.0开发的可视化人机图形界面,利用VC++6.0提供的MSCOMM来完成主站与单片机之间的串口通信。主站可实时读取监控区各输液点的滴速、剩余时间、剩余量、护理员等相关信息,同时可对整个系统进行管理,也可导出相关的报警信息。主站监控界面如图5所示。5点速度自动检测本文通过输液速度自动控制装置的软硬件设计实现了对输液过