方慶山，汪玉

1. 安徽電子信息職業(yè)技術學院 實驗中心，安徽 蚌埠 233060；2.安徽蚌埠第四人民醫(yī)院，安徽 蚌埠233010

基于STC89C52單片機的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)的設計

方慶山1，汪玉2

1. 安徽電子信息職業(yè)技術學院 實驗中心，安徽 蚌埠 233060；2.安徽蚌埠第四人民醫(yī)院，安徽 蚌埠233010

針對傳統(tǒng)人工輸液過程中存在的問題，以STC89C52單片機為核心，設計了一種非接觸式的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)。在保證輸液安全與衛(wèi)生的前提下，實現(xiàn)了液位檢測、液溫測量與調(diào)節(jié)、點滴速度控制、遠程報警、液晶顯示等功能。該系統(tǒng)操作方便，成本低廉，在臨床靜脈輸液中有非常廣泛的應用前景。

靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)；靜脈輸液；STC89C52單片機；輸液泵；傳感器

0 前言

目前臨床靜脈輸液主要有兩種方式。一種是傳統(tǒng)的人工方式，其缺點是護士要不斷地巡視，同時還必需有人陪護，人力資源占用很大，還有交叉感染的危險；另一種是自動化輸液泵，這種方法雖然解決了人力資源占用的問題，但目前市場上的自動輸液裝置成本均比較高，醫(yī)院在使用過程中增加了輸液成本，這種輸液成本最終加到的患者身上，這種輸液方式因成本較高的缺點，在實際中很難普及。本文主要介紹一種基于單片機STC89C52的非接觸式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)，在實現(xiàn)智能監(jiān)控功能的前提下，盡量減小產(chǎn)品成本。同時采用一些常用的傳感器實現(xiàn)非接觸式監(jiān)控方式是保證輸液衛(wèi)生的基本要求。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由主控制器、監(jiān)測模塊、顯示模塊、報警模塊和滴速與溫度控制控制模塊組成。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

液位監(jiān)測模塊采集輸液瓶的液位信息，當液位到達設定的最低處時通過液位報警模塊報警，提醒護理人員換水；信息顯示模塊用于顯示液位、滴數(shù)和當前溫度等信息；滴速控制模塊可以根據(jù)設定的滴速進行輸液速度的控制；液溫控制模塊可以根據(jù)設定的輸液溫度進行溫度調(diào)節(jié)；按鍵設置模塊用于人工輸入各種初始設定值和系統(tǒng)初始化；外部通信接口可以根據(jù)實際需要與其它控制系統(tǒng)連接，進行分批式控制與監(jiān)測。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 硬件設計

2.1 液位監(jiān)測與報警模塊

考慮到系統(tǒng)的醫(yī)用衛(wèi)生標準，醫(yī)用吊瓶中應盡量避免異物進入，所以選擇紅外非接觸探測方法。考慮到吊瓶壁厚度和外直徑的影響，增大紅外發(fā)射功率，通過輸液瓶有水和無水時紅外接收的信號差異可以達到檢測液位的目的。由于液位報警電路只需要在液面下降到紅外發(fā)射接收通路高度以下時才發(fā)出警報，因此傳感器部分接收到的信號不需要經(jīng)過濾波，而只需放大即可。出于盡量減小信號傳輸損耗的考慮，把初級放大部分電路與傳感器一起設計在儲液瓶旁邊[1]。再設定一個門限電平，使接收信號高于門限電平時給單片機送入一個信號，產(chǎn)生報警信號，液位監(jiān)測與報警電路框圖如圖2所示。

圖2 液位監(jiān)測與報警

經(jīng)實際測量，無論何種的藥液成份，有水和無水時的檢測信號幅度差異至少有30～40mV，作為本系統(tǒng)只探測最低液位的功能來說，只需實現(xiàn)最低液位報警，當檢測到信號差異在25mV以上時，就可以作為產(chǎn)生一報警信號標準。為了避免誤測的可能性，在軟件設計中可加入重復檢測程序模塊，經(jīng)間隔3s的液位檢測信息比較，能夠比較準確地實現(xiàn)最低液位報警。

2.2 滴速控制模塊

滴速控制模塊由滴速檢測與滴速調(diào)節(jié)兩部分組成，其組成框圖如圖3所示。

圖3 滴速控制模塊

為了減小外界環(huán)境的影響，紅處發(fā)射采用調(diào)制后發(fā)射，根據(jù)有液滴和無液滴的紅外接收檢測信號不同來判斷是否有液滴滴下。為使單片機能夠正確識別，將紅外接收的信號經(jīng)信號整形電路處理，信號整形電路可采用施密特觸發(fā)器來實現(xiàn)[2]。單片機根據(jù)輸入的脈沖進行計數(shù)，并將計數(shù)結(jié)果與設定值進行比較，從而發(fā)出驅(qū)動信號，經(jīng)驅(qū)動電路ULN2003A后，驅(qū)動步進電機正、反轉(zhuǎn)，從而使機械夾夾緊或放松，達到控制滴速的目的。在軟件實現(xiàn)中，為了避免干擾信號，采用軟件濾波的方法，如果檢測到兩個脈沖間隔時間很短，即兩個脈沖非常靠近的情況，為了計數(shù)的準確性，將其中一個脈沖濾除。

2.3 液溫控制模塊

液溫控制模塊可以根據(jù)事先設定的溫度值監(jiān)測輸液的溫度，根據(jù)實際輸液過程中的經(jīng)驗，在保證藥性的前提下，適當?shù)亟o液體加溫可以使患者更舒服。由于對液溫要求不高，所以在設計中只采用了成本較低的大功率電阻和單總線器件DS18B20來實現(xiàn)[3]。為了監(jiān)控更準確，使該模塊緊貼輸液監(jiān)測口，在液體溫度未達到設定值時，讓一定大小的電流通過電阻產(chǎn)生一定的熱量，用以對液體加溫。如果DS18B20測量到溫度到達設定值，再通過單片機控制斷開電流，停止加熱，動態(tài)地達到使液溫保持恒定的目的。其實現(xiàn)框圖如圖4所示。

圖4 液溫控制模塊

溫度傳感器DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具體微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強等優(yōu)點，可直接將溫度轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號送給單片機處理，因而可省去傳統(tǒng)的信號放大、A/D轉(zhuǎn)換等外圍電路。測量溫度范圍為-55～+125℃,工作電壓范圍為3～5.5V。DS18B20的使用，使得本系統(tǒng)的便攜溫度測量成為可能。

2.4 其它模塊

鍵盤模塊主要用于外界初始值的設定及系統(tǒng)復位；顯示模塊主要用于顯示液位、液溫、總液滴量、滴速、報警提示等信息；外部通信模塊主要根據(jù)實際需要可以實現(xiàn)遠程有線監(jiān)控與報警。鍵盤及顯示模塊是單片機系統(tǒng)的通用模塊，外部通信模塊根據(jù)實際需要擴展，本系統(tǒng)設計中考慮到低成本沒有外加擴展，這里不再詳細敘述。

3 軟件設計

圖5 軟件流程圖

本系統(tǒng)的軟件設計采用C51設計，主要包括：系統(tǒng)初始化、預設定置、主程序運行、異常報警、實時監(jiān)控反饋控制等功能，軟件設計流程圖如圖5所示[4]。

4 主控系統(tǒng)測試

主控系統(tǒng)利用單片機開發(fā)板測試，結(jié)果如圖6所示，測試結(jié)果顯示系統(tǒng)功能實現(xiàn)良好。經(jīng)實際測量驗證，系統(tǒng)的液位、滴速和液溫等監(jiān)控功能基本實現(xiàn)。在具體的性能指標測量中，液位報警功能能完全無誤實現(xiàn)，滴速測量精度有±5滴/min的誤差，液溫測量誤差在±0.9℃，對于靜脈輸液的自動控制來說，基本能滿足要求。本系統(tǒng)目前在模擬實驗階段，臨床的應用還需要硬件系統(tǒng)的優(yōu)化設計和運行過程中的軟件算法調(diào)試。

圖6 主控系統(tǒng)測試

5 結(jié)論

本文主要設計了一種基于STC89C52單片機的智能靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)，具有滴速控制、液溫控制、液位監(jiān)測報警、按鍵設置與信息顯示等功能。非接觸性設計是系統(tǒng)設計的基本要求，低成本的設計是系統(tǒng)實際應用可行性的保證。系統(tǒng)具有操作簡單，設備輕便等特點，實際使用中，根據(jù)需要可以外擴通信模塊，實現(xiàn)多機級聯(lián)監(jiān)控。

[1] 謝春思,李軍玲,董受全.基于單片機的靜脈輸液監(jiān)視器工程實現(xiàn)[J].微計算機信息,2004,(1):88-89.

[2] 王立紅.基于單片機的智能靜脈輸液控制系統(tǒng)[J].網(wǎng)絡財富,2010,(5):157.

[3] 趙合運,趙峰.靜脈輸液無線監(jiān)護系統(tǒng)的設計[J].河南師范大學學報,2009,(2):156-158.

[4] 張愛華.“靜脈輸液液位實時監(jiān)測系統(tǒng)”畢業(yè)設計指導實踐[J].電氣電子教學學報,2002,(5):109-111.

[5] 江勇,段文群.一種面向醫(yī)院的輸液監(jiān)控系統(tǒng)的設計[J].傳感器世界,2009,(11):23-25.

[6] 張迎新,王盛軍.一種新型靜脈輸液控制器的研制[J].醫(yī)療設備信息,2004,(2):8-9.

[7] 胡修玉,等.微型輸液氣泡控制和報警器的研制與應用[J].中國醫(yī)療設備,2009,25(4):26-27.

[8] 許海波,廖傳書.基于AT89S52單片機的遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J].安防科技, 2007,(9):17-19.

Design of Intravenous Infusion Monitoring System Based on STC89C52

FANG Qing-Shan1, WANG Yu2
1. Experimental Center, Anhui Vocational College of Electronics & Information Technology, Bengbu Anhui 233060, China; 2. Fourth People's Hospital of Bengbu City, Bengbu Anhui 233010, China

Taking into account of the problems in traditional artificial infusion, we designed a non-contact intravenous infusion monitoring system with the core of STC89C52 single-chip microcomputer. This system is operationally simple low-cost, and has realized functions of liquid level detecting, liquid temperature measurement and ajustment, intravenous drip speed control, remote alarm and liquid crystal display.

intravenous infusion monitoring system; intravenous infusion; stc89c52 single chip microcomputer; infusion pump; sensor

TP277

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.06.012

1674-1633(2011)06-0040-03

2010-12-02

2010-12-20

作者郵箱：Fqs008@163.com