智能輸液速度測控裝置的研究與設計

智能輸液速度測控裝置的研究與設計

滴水和輸液是醫(yī)院常用的醫(yī)療手段。醫(yī)院在對病人進行輸液治療過程中,需根據(jù)不同的藥物以及不同類型的病人選擇合適的滴流速度,并對病人進行監(jiān)護。目前,對于輸液速度的控制主要由護士憑經(jīng)驗和直覺來調(diào)整滴速至合適值,存在一定的誤差。此外,在輸液過程中,需護士實時查看剩余的藥體,耗費了大量的人力,并且當藥輸完或輸液過程中發(fā)生阻塞時,都需要患者家屬及時通知護士來進行處理,很不方便。如果由于人為的一時疏忽,沒有及時地換瓶或拔掉針頭,便有可能造成醫(yī)療事故。針對現(xiàn)有靜脈輸液中存在的問題,采用光電檢測、單片機和通信技術,設計了輸液速度自動監(jiān)控裝置,它能夠輕松地實現(xiàn)對輸液滴速的控制、顯示和液體低于設定位置時的聲光報警,并通過串行口與主機相連,實現(xiàn)遠程集中控制功能。該裝置的使用在增加輸液安全性的同時也減少了醫(yī)護人員的勞動。1優(yōu)化生長控制系統(tǒng)本輸液速度自動控制裝置的設計能實現(xiàn)多種功能,具體如下:(1)可以通過鍵盤對床位號和輸液速度值進行設置;(2)可對輸液速度進行精確的實時檢測和顯示;(3)當輸液速度與設定速度不相等時,該裝置能通過步進電機來改變輸液瓶的高度,從而起到對輸液速度進行調(diào)節(jié)的功能;(4)可在輸液過程中進行人為的強制報警;同時當液體低于設定位置時,即輸液結束時可自動報警;(5)能對氣泡、空液和輸液管阻塞等情況進行異常報警。2系統(tǒng)硬件電路設計2.1原位機監(jiān)控管理本系統(tǒng)由一臺PC機(主機)和若干套液體點滴控制裝置(下位機)組成。其中主機通過安裝在其上的專用軟件指揮和管理整個系統(tǒng)工作,通過通訊電路實現(xiàn)對下位機的遠程控制功能;下位機以AT89S52為核心,由點滴速度檢測電路、液位檢測電路、電機驅動電路、顯示與報警電路和通信模塊組成。下位機硬件結構如圖1所示。2.2接收管信號耦合補償本系統(tǒng)的滴速檢測和液位檢測功能是通過紅外光電開關傳感器來實現(xiàn)的,該傳感器其內(nèi)部具備了紅外接收和發(fā)射裝置,因此電路設計簡單,便于小型化。其形狀為U型,便于固定在液滴滴落處,它是整個系統(tǒng)的重要組成部分,電路如圖2所示。檢測電路的工作原理是:當無液滴滴下時,接收管接收到發(fā)射管發(fā)出的紅外線信號較強,輸出電平為高電平;當有液滴滴下時,由于液滴對紅外線的折射、漫反射、吸收和一定的散射作用,使接收管接收到的光強度減弱,輸出為低電平。由于在輸液過程中液位端口一直輸出低電平,當單片機檢測到液位端口為高電平時就報警,提醒醫(yī)護人員對病人進行相應的處理。接收管接收到的信號經(jīng)過光電耦合器,將單片機控制電路與外部檢測電路隔開,增加了系統(tǒng)各模塊的隔離度,提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性,也使單片機的T0口獲得了較大的電壓差。當無液滴滴下時,外部計數(shù)T0口將為高電平;當有液滴滴下時,T0口為低電平,從而產(chǎn)生了下降沿觸發(fā)T0口進行外部加1的計數(shù)。同時,為了提高滴速檢測電路的靈敏度,在信號處理部分又加入了雙門限的反相輸入遲滯比較電路。由于正反饋的作用,這種比較器的門限電壓是隨著輸出電壓即LM324管腳1的電壓變化而變化的,從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。2.3電機轉速、轉向本模塊主要通過步進電機改變輸液瓶的高度來自動控制輸液速度。電機驅動電路的主要作用是控制電機的轉速及轉向。當單片機檢測到輸液速度低于設定值時,電機便正方向轉動,升高輸液瓶的高度,從而使輸液速度加快;反之,當輸液速度大于設定值時,電機便反方向轉動,降低輸液瓶的高度,從而使輸液速度減慢。這樣,通過控制電機的正反轉,從而使整個輸液過程保持一個恒定的滴速。2.4數(shù)碼管控制器鍵盤及顯示電路主要完成對床位號和點滴數(shù)的設置,并將床位號、點滴數(shù)和設定好的滴速送到數(shù)碼管進行顯示。系統(tǒng)采用了74LS245來驅動數(shù)碼管,該芯片能驅動8位LED顯示,使電路在硬件上較為簡單且耗電少。為節(jié)省端口,鍵盤設計為行列式鍵盤,顯示采用了動態(tài)掃描。本系統(tǒng)共6個按鍵,一個多功能設置鍵,按一下進入床號設置,按兩下進入輸液速度設定,一個增1調(diào)節(jié)鍵,一個減1調(diào)節(jié)鍵,一個關閉報警鍵,一個緊急呼叫鍵,當在輸液過程中遇到突發(fā)性事件時,按下此鍵便能快速通知醫(yī)護人員進行處理,增加了輸液的安全性。2.5接收管電壓改變,給29c52信號當輸液過程中有氣泡通過時,紅外傳感器發(fā)射管射出的光信號由于氣泡的影響而改變了強度,造成接收管電壓的改變,經(jīng)放大后給89C52發(fā)出一個信號,進行異常報警。阻塞檢測電路由一個橡膠導管及微動開關組成,當出現(xiàn)輸液阻塞現(xiàn)象時,藥流入橡膠導管,觸動微動開關,微動開關發(fā)出信號,在89C52接到信號后,控制報警電路進行異常報警。3軟件設計軟件是整個液滴速度控制的核心。此軟件部分主要完成滴速測量、液位檢測、步進電機驅動控制和報警等功能。系統(tǒng)軟件流程圖如圖3所示。3.1液滴數(shù)的測定此系統(tǒng)采用周期法來測量滴速,由于每滴液體在經(jīng)過光電感應探測器時都會引起一次單片機T0口的電平變化,即產(chǎn)生一個下降沿,所以液滴產(chǎn)生的下降沿數(shù)目就可認為是所滴下的液滴數(shù)。為了增加測量精度,先測出一次5s內(nèi)的液滴數(shù),然后與第二次測出的5s內(nèi)的液滴數(shù)相加求平均數(shù),再將該平均數(shù)乘以12,便可得到1min的液滴數(shù)。滴速測試程序流程圖如4所示。3.2液位數(shù)據(jù)查詢液位檢測原理和滴速測量原理相似。當有液體時,單片機接收到紅外對管的信號為低電平,否則為高電平。利用這一原理,使單片機不斷地查詢液位信號輸入端口,從而確定是否報警。在檢測液位時,為防止因震蕩而引起的液位變化,需要多次檢測比較,即加一段延時之后再次檢測液位,如果兩次檢測結果相同則單片機控制進行聲光報警,反之則認為是有震蕩引起的,不報警。3.3滴速與高度h的關系步進機可通過控制對其輸入的脈沖個數(shù)進行計數(shù),從而達到對其轉動角度的控制。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn),輸液滴速V和高度h的關系:V=1.5h+1.33。鍵盤設定一個滴速后,單片機先通過設定滴速與實測滴速的差值來判斷電機的轉動方向及轉動圈數(shù),然后發(fā)出相應的脈沖,對輸液瓶高度進行調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)過程中,單片機需要不斷地對設定滴速與實測滴速進行比較,直到達到系統(tǒng)規(guī)定的誤差范圍內(nèi)便停止調(diào)節(jié)。4可視化人機界面主站PC機通過RS232總線接收下位機監(jiān)測到的數(shù)據(jù),監(jiān)控主站系統(tǒng)是VC++6.0開發(fā)的可視化人機圖形界面,利用VC++6.0提供的MSCOMM來完成主站與單片機之間的串口通信。主站可實時讀取監(jiān)控區(qū)各輸液點的滴速、剩余時間、剩余量、護理員等相關信息,同時可對整個系統(tǒng)進行管理,也可導出相關的報警信息。主站監(jiān)控界面如圖5所示。5點速度自動檢測本文通過輸液速度自動控制裝置的軟硬件設計實現(xiàn)了對輸液過