輸液速度自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、中國科技論文在線輸液速度自動(dòng)控制系統(tǒng) 馬志雨作者簡(jiǎn)介：馬志雨（1989年），男. E-mail: mazhiyu5551.5LiaoNing province technology Universite遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，遼寧葫蘆島 1251051251051359199449013591994490遼寧省葫蘆島市龍灣南大街188號(hào)mazhiyu555馬志雨（1989年），男馬志雨Ma Zhiyu馬志雨1.51.51.51.51.51.51.51.51*|*期刊*|*劉輝 周志英.醫(yī)療輸液速度的測(cè)量與控制J.計(jì)量與測(cè)試技術(shù):32(1):5-6<CR>2*|*期刊*|

2、*楊婷 新型輸液速度控制器的研制與應(yīng)用J.中國實(shí)用護(hù)理雜志:上旬版:2006;22(9):-44-44<CR>3*|*期刊*|*張志艷 楊小亮 馬紅忠,輸液速度自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.自動(dòng)化與儀表:2009:24(11):-53-56<CR>4*|*專著*|*張桂香.機(jī)電類畢業(yè)設(shè)計(jì)指南M.第一版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005<CR>5*|*專著*|*ATMEL.AT89C2051 Microcontroller DATA BOOKM:1999*|1|馬志雨|Ma Zhiyu|遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，遼寧葫蘆島 125105|LiaoNing pr

3、ovince technology Universite|馬志雨（1989年），男|遼寧省葫蘆島市龍灣南大街188號(hào)|125105|mazhiyu55513591994490輸液速度自動(dòng)控制系統(tǒng)|DESIGN OF AUTOMATIC CONTROL SYSTEM FOR INFUSION SPEED|- 10 -（遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，遼寧葫蘆島 125105）摘要：輸液是醫(yī)院常用的治療手段，傳統(tǒng)輸液過程中存在著輸液速度不精確、需要人工監(jiān)護(hù)等弊端。本文的目標(biāo)就是設(shè)計(jì)一種輸液監(jiān)控系統(tǒng)以解決此問題.系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為下位機(jī)核心，使用PC上位機(jī)通過

4、RS232總線與其組成有線監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主機(jī)對(duì)從機(jī)的控制。使用者可以通過按鍵設(shè)置輸液速度，系統(tǒng)將自動(dòng)對(duì)輸液速度進(jìn)行控制。此外系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了多機(jī)通信，即一個(gè)主站控制多個(gè)從站和從機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)輸液結(jié)束或輸液速度發(fā)生異常時(shí)，從站使用發(fā)光二極管和蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，并將報(bào)警信號(hào)通過串行口傳送至主站，主站通過監(jiān)控軟件和蜂鳴器實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。在整體方案設(shè)計(jì)中，在保證設(shè)計(jì)系統(tǒng)能達(dá)到的使用要求的精度和穩(wěn)定度的前提下，考慮到系統(tǒng)的輕便性、實(shí)用性、可靠性，對(duì)電路系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。整個(gè)設(shè)計(jì)具有一定的使用價(jià)值。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；光電傳感器；步進(jìn)電機(jī)；RS232總線；輸液速度控制中圖分類號(hào)：請(qǐng)查閱中國圖書館分類法DESIGN

5、 OF AUTOMATIC CONTROL SYSTEM FOR INFUSION SPEEDMa Zhiyu(LiaoNing province technology Universite)Abstract: Transfusion commonly used as treatment in hospital，but there were some problems，such as inaccurate，need transfusion of artificial guardianship，etcThe goal is to design a transfusion monitoring s

6、ystem in order to solve those problemsThe system use AT89S52 SCM as machines corePC through its composition RS232 bus cable monitoring system for control of the machine from hostSlave machines through the outer circuit testing reservoir liquid bottle in height and liquid dropping speed，and through t

7、he control of stepping motor speed control its infusionUsers can through the button to control transfusion speed and system will automatically transfusion speed of itBesides the system also actualize multi-machine communication，that is，a master station to control multiple machines from a station and

8、 the masterslave data transmission betweenWhen the infusion end or infusion speed abnormal，slave lightemitting diodes and buzzer to alarm，and will alarm signals through serial transmission to the master，stood by monitoring software realization and buzzer sound-light alarmIn the overall program desig

9、n，in ensuring the use of design systems to achieve the required accuracy and stability of the premise，taking into account the systems portability，practicality，reliability，electrical systems were optimized)Key words: single chip；Photoelectric sensor ；Stepper Motor；Can Bus； Transfusion speed control 0

10、 引言靜脈輸液是臨床醫(yī)學(xué)中的一個(gè)重要的治療手段和醫(yī)學(xué)監(jiān)護(hù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，在各個(gè)醫(yī)院的醫(yī)療工作中被廣泛應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)住院輸液率為7080。它不僅是 一種重要的給藥途徑，而且還是給患者補(bǔ)充體液、營養(yǎng)的重要方法。在輸液過程中，輸液速度是一個(gè)很重要的參數(shù)，一般要根據(jù)患者年齡、病情和藥物種類等因素來分別確定。同時(shí)，在靜脈輸液過程中，必須有人陪護(hù)，以防鼓包等事故發(fā)生，尤其對(duì)術(shù)后幾乎需要24小時(shí)不間斷輸液的患者的監(jiān)護(hù)，更是讓護(hù)理者身心憔悴。當(dāng)護(hù)理者發(fā)生困倦時(shí)，極易發(fā)生事故。通過調(diào)查得知，目前幾乎所有醫(yī)院因種種原因仍沒有采用輸液監(jiān)控系統(tǒng)，而是采用傳統(tǒng)的輸液方法，即將液體容器掛在一定高度，利用液體靜壓原理與大氣壓

11、的作用使液體下滴，將大量滅菌藥液直接滴入靜脈內(nèi)，從而達(dá)到治療目的。為了克服傳統(tǒng)臨床輸液中由患者、陪護(hù)或醫(yī)護(hù)人員隨時(shí)觀察監(jiān)視藥液余量情況，牽扯精力大、效率低、不利于病區(qū)的綜合管理的弊端，結(jié)合臨床實(shí)踐，利用光電原理和單片機(jī)技術(shù)研制出一種智能輸液監(jiān)測(cè)裝置。這種裝置能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離，多床位，集中分時(shí)顯示各床位的輸液狀況，并自動(dòng)報(bào)警，對(duì)醫(yī)療工作有很大的幫助。 本裝置由液滴采集電路、LED顯示與鍵盤控制電路、報(bào)警輸出電路以及通信裝置組成，通過光電開關(guān)傳感器把液滴信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，并以電信號(hào)的形式傳給單片機(jī)，經(jīng)運(yùn)算，分析，處理后單片機(jī)將數(shù)據(jù)傳送給LED顯示模塊，并能報(bào)警，以提醒醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行相應(yīng)的處理。1

12、輸液監(jiān)護(hù)器的總體設(shè)計(jì)1.1 系統(tǒng)的構(gòu)成該監(jiān)控系統(tǒng)由主從站兩大部分組成，其框圖如圖1-1：圖1-1主從站結(jié)構(gòu)框 Fig1-1 Block diagram of main station1）主站（監(jiān)控中心）由PC機(jī)作為上位機(jī)，采用巡回查詢的方式與從站進(jìn)行通信，收集從站的實(shí)時(shí)信息，并進(jìn)行顯示及報(bào)警。2）從站以AT89S52單片機(jī)為中心，完成對(duì)某一具體輸液控制過程的監(jiān)控。這次設(shè)計(jì)主機(jī)和從機(jī)的通信采取的是MAX232把主站和多個(gè)從站連成一個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主機(jī)與從機(jī)的遠(yuǎn)程通信，即遠(yuǎn)程控制。本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)從站進(jìn)行設(shè)計(jì)。 1.2 系統(tǒng)框圖及工作原理輸液監(jiān)控系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為中心，從站電路主要包含以下幾

13、個(gè)模塊：輸液信號(hào)采集單元、脈沖整形和A/D轉(zhuǎn)換單元、液滴顯示單元、聲光報(bào)警單元、數(shù)據(jù)通信單元和單片機(jī)外圍電路等。其中輸液信號(hào)采集單元完成輸液信號(hào)的采集工作，脈沖整形和A/D轉(zhuǎn)換單元把采集到的模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)以便單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)處理完畢后一方面顯示輸液速度等信息，另一方面根據(jù)設(shè)定的輸液速度對(duì)輸液速度進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)通過MAX232總線將信息傳送至PC上位機(jī)。而在PC上位機(jī)中可以通過設(shè)計(jì)的監(jiān)控軟件對(duì)各從站的輸液情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,從而達(dá)到輸液自動(dòng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1-2所示： 圖1-2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 Fig1-2 Block diagram of system2 輸液監(jiān)護(hù)器的硬件

14、設(shè)計(jì)2.1液體點(diǎn)滴速度測(cè)量單元設(shè)計(jì)本系統(tǒng)用光電傳感器ST178來檢測(cè)單位時(shí)間內(nèi)點(diǎn)滴下落的個(gè)數(shù)，ST178為單電源反射式光電傳感器，內(nèi)含有一個(gè)紅外發(fā)光二極管，一個(gè)光敏三極管（用來接收反射回來的紅外光）。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光大部分被光敏三極管接收時(shí)，接收端光敏三極管導(dǎo)通；光敏三極管接收到的反射紅外信號(hào)微弱時(shí)，接收端光敏三極管截止。具體電路形式如圖2-1所示： 圖2-1點(diǎn)滴速度檢測(cè)電路Fig 2-1 Dropping speed detection circuit當(dāng)?shù)味诽師o液滴落下時(shí)，紅外光在滴斗表面發(fā)生全反射，光敏三極管導(dǎo)通，比較器輸出低電平；當(dāng)?shù)味诽幱幸旱温湎聲r(shí)，紅外光在穿過點(diǎn)滴時(shí)有散射現(xiàn)象

15、發(fā)生，光敏三極管只能接收到微弱的光信號(hào)，光敏三極管截止，比較器輸出高電平。電路輸出脈沖信號(hào)輸入到單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，從而確定點(diǎn)滴下落速度。電路中比較電平由精密穩(wěn)壓管LM339經(jīng)過電位器分壓輸出，脈沖信號(hào)為低頻，故選用低頻電壓比較器LM339，可減少高頻噪聲。2.2液位檢測(cè)單元設(shè)計(jì)使用紅外線定點(diǎn)檢測(cè)。電路可以分成三部分：紅外檢測(cè)電路、電流電壓變換電路、放大整形電路。電路原理圖如圖3-7所示：光電傳感器檢測(cè)出信號(hào)為直流電平，當(dāng)液面高度下降到警戒值時(shí)，光電傳感器檢測(cè)到反射光信號(hào)，從而產(chǎn)生高低電平的變化，檢測(cè)信號(hào)通過電壓比較器LM339輸入到單片機(jī)中，通過單片機(jī)檢測(cè)采樣到的電平，能判斷儲(chǔ)液瓶

16、中的液面是否達(dá)到警戒值。圖2-2液位檢測(cè)電路Fig 2-2 Level detection circuit2.3點(diǎn)滴信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換由于檢測(cè)液體速度為模擬信號(hào)，而單片機(jī)需要數(shù)字信號(hào)，所以需要A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)化如圖3-8所示：圖2-3 A/D轉(zhuǎn)化電路Fig 2-3 Circuit of A /D transformation 2.4 電源模塊任何電氣設(shè)備的使用均離不開供電系統(tǒng)，在整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電源的設(shè)計(jì)是必須要考慮的。電源的設(shè)計(jì)取決于系統(tǒng)所要求的供電方式，如是采用單電源方案，還是多電源方案，系統(tǒng)的功耗有無特殊規(guī)定等。在本設(shè)計(jì)中由于系統(tǒng)所選用的單片機(jī)是AT89S52，它的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓為+

17、5V，采集所用的發(fā)光二極管和光敏三極管以及通訊所用的RS232總線適配器等電路它們的工作電壓都是+5V，因此在本設(shè)計(jì)中采用單電源方案，單電源方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單、工作可靠。此外由于設(shè)計(jì)到對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，步進(jìn)電機(jī)所需電壓為+12V。因此我們的目標(biāo)是設(shè)計(jì)出一個(gè)能夠提供+5V與+12V的電源。電路圖如圖3-9所示：圖2-4電源電路Fig 2-4 Power supply circuit2.5 聲光報(bào)警模塊圖3-10 報(bào)警電路Fig3.10 Alarm circuit報(bào)警電路如圖3-10所示，直接接在單片機(jī)的P3.5腳，在輸液前，根據(jù)病人情況設(shè)定輸液速度，當(dāng)點(diǎn)滴的速度低于20滴/分或高于150滴/分

18、時(shí)，單片機(jī)發(fā)出信號(hào)使P3.5出現(xiàn)高電平，觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警裝置，蜂鳴器發(fā)出響聲。如有人按報(bào)警按鈕，I/O口也會(huì)輸出高電平，觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警，提醒醫(yī)護(hù)人員和輸液人采取相應(yīng)措施，避免危險(xiǎn)事故發(fā)生。如10秒后仍然無人處理，則關(guān)閉輸液器，保證病人安全，如圖3-10所示：2.6 顯示模塊電路設(shè)計(jì)電路圖如圖3.13所示，顯示模塊有三位數(shù)碼管組成，七段譯碼器CD4511作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)器。P2.4P2.6作為六位數(shù)碼管的位選信號(hào)，接在CD4511鎖存允許端LE，當(dāng)P0.0P0.5某位為低信號(hào)時(shí)，當(dāng)LE=0時(shí)，控制相應(yīng)的CD4511工作，4位BCD碼進(jìn)入鎖存器，從而顯示相應(yīng)數(shù)字。圖3-16顯示模塊電路圖Fig3-1

19、6 Circuit diagram of monitor3 輸液監(jiān)護(hù)器的軟件設(shè)計(jì)前幾章已經(jīng)對(duì)本設(shè)計(jì)完成了硬件設(shè)計(jì)，但是要想實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)的自動(dòng)控制，則還需要完成軟件的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)只對(duì)從機(jī)部分進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，下面是主程序框圖如圖3-1所示：圖3-1主程序框圖Fig3-1 Block diagram of main program4 試驗(yàn)及結(jié)果分析4.1 試驗(yàn)過程1) 測(cè)試條件：測(cè)試點(diǎn)環(huán)境溫度：25°C2) 測(cè)試儀器：PC機(jī) （AMD Athlon(tm) XP 1600+，256DDR）DF1731SL1ATA型直流穩(wěn)壓電源TDS1002示波器CA1640P20型函數(shù)發(fā)生器FLUKE 17B

20、型萬用表（帶溫度測(cè)量功能）ZSD-803A型秒表3) 測(cè)試方法與結(jié)果a 點(diǎn)滴速度測(cè)試根據(jù)在一定時(shí)間內(nèi)下落的點(diǎn)滴數(shù)可以近似確定點(diǎn)滴的速度。在測(cè)試設(shè)定功能時(shí)，通過鍵盤輸入要設(shè)定的值，按“OK”鍵便可。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整至所需的滴速。相關(guān)測(cè)試結(jié)果如圖4-1所示。 圖4-1點(diǎn)滴速度測(cè)量曲線Fig 5-1 Drip velocity measurement curve從圖中曲線可以看出，用紅外對(duì)管測(cè)得的點(diǎn)滴速度與實(shí)際的點(diǎn)滴速度十分接近，速度誤差不大于2滴/分。表4-1 點(diǎn)滴速度設(shè)定及相關(guān)穩(wěn)定時(shí)間測(cè)量Table 4-1 Drip velocity hypothesis and settling time su

21、rvey次 數(shù)當(dāng)前值設(shè)定值穩(wěn)定時(shí)顯示值穩(wěn)定時(shí)實(shí)際值穩(wěn)定時(shí)間誤 差(滴/分)1171201920150122015015015214023150707071571471808283111582202121510621252526101725505051161從上表可以看出，不論是在全量程范圍內(nèi)，還是在一個(gè)較小的調(diào)整范圍內(nèi)，測(cè)量誤差都遠(yuǎn)小于題目要求的設(shè)定值的±10%±1滴。同時(shí)穩(wěn)定時(shí)間也小于題目要求的3分鐘。此項(xiàng)功能達(dá)標(biāo)。b 報(bào)警功能測(cè)試：報(bào)警鍵被按下時(shí)，報(bào)警裝置正常工作，此功能正常。從以上各測(cè)試過程可以看出，本系統(tǒng)已完成題目要求的所有基本功能。8 結(jié)論本文設(shè)計(jì)的輸液監(jiān)護(hù)器是以單片機(jī)AT89S52為核心的智能化儀器，主要工作包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩大部分，總結(jié)如下:1) 監(jiān)護(hù)器完成了紅外檢測(cè)的數(shù)據(jù)信號(hào)采集、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、意外情況智能報(bào)警等功能。 2 )監(jiān)護(hù)器的量程為255滴/分，在醫(yī)療上一般的輸液范圍為20-150滴/分，此速度可以滿足醫(yī)療上的需要。3)監(jiān)護(hù)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，降低了設(shè)計(jì)成本，增加實(shí)用性，顯示點(diǎn)滴速度及時(shí)準(zhǔn)確，可重復(fù)性好，具有超限報(bào)警功能，增加了安全性。4)本設(shè)的發(fā)展階段，總體來看，紅外液滴檢測(cè)意外情況報(bào)警系統(tǒng)主要的發(fā)展趨勢(shì)是:通信技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合，改進(jìn)系統(tǒng)工作能力和準(zhǔn)確度，向著高可靠、低成本和網(wǎng)絡(luò)化、