毛天宇 戴艷茹 陳丹

摘要：在護(hù)理病人的過(guò)程中，時(shí)刻關(guān)注病人輸液情況是會(huì)使患者家屬的感到疲憊，容易造成醫(yī)療事故。對(duì)此，本文設(shè)計(jì)了一種醫(yī)院輸液智能監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于單片機(jī)技術(shù)與無(wú)線通訊技術(shù)，通過(guò)紅外對(duì)管檢測(cè)液滴流速，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制輸液速度，在利用無(wú)限通訊將患者輸液信息上傳到上位機(jī)。該系統(tǒng)大大減輕了醫(yī)護(hù)人員的壓力、減少了靜脈輸液期間醫(yī)療事故發(fā)生的幾率。

關(guān)鍵詞：輸液控制，單片機(jī)，無(wú)線通訊

1 引言

當(dāng)下，人口老齡化變得越來(lái)越嚴(yán)重，隨之而來(lái)的醫(yī)療壓力與日俱增。在治療過(guò)程中，輸液是基本每個(gè)患者都要經(jīng)歷的，特別是病情嚴(yán)重的，輸液的時(shí)間要更長(zhǎng)。長(zhǎng)時(shí)間、不能停止地關(guān)注輸液情況，給陪護(hù)人員帶來(lái)了很大的壓力，讓他們得不到休息。所以，采用先進(jìn)的、智能的醫(yī)療監(jiān)控手段來(lái)減輕護(hù)士以及陪護(hù)人員的壓力是必要的。采用這樣的監(jiān)控手段，還方便了獨(dú)自就醫(yī)的患者。他們?cè)谳斠旱臅r(shí)候可以放心地休息，治療效果會(huì)更好。

傳統(tǒng)的靜脈注射全憑醫(yī)護(hù)人員的經(jīng)驗(yàn)和觀察來(lái)度輸液流速做調(diào)整，實(shí)際的輸液速度受主觀因素的影響很大，通常情況下是不夠準(zhǔn)確的。特別是對(duì)于手術(shù)中和手術(shù)后的及其他特殊病情的患者，這種不規(guī)范的輸液方式會(huì)造成藥物的浪費(fèi)，甚至導(dǎo)致病情的惡化。

為了解決以上兩個(gè)問(wèn)題，有必要設(shè)計(jì)一個(gè)造價(jià)低，精確度較高，穩(wěn)定性強(qiáng)的醫(yī)院輸液智能監(jiān)控系統(tǒng)。

2 總體設(shè)計(jì)方案

整個(gè)系統(tǒng)由分為上位機(jī)和下位機(jī)兩個(gè)部分。下位機(jī)以AT89C52單片機(jī)為核心，上位機(jī)軟件由LabVIEW編程完成，上位機(jī)與下位機(jī)的通訊由NRF24L01無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)，總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

AT89C52單片機(jī)通過(guò)光電傳感器測(cè)量液滴滴速，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制液體流速。用戶輸入患者信息，開(kāi)始輸液后，單片機(jī)把這些信息上傳給上位機(jī)統(tǒng)一管理。下位機(jī)設(shè)計(jì)主要分為鍵盤(pán)輸入、數(shù)碼管顯示、滴速測(cè)量、液位檢測(cè)、電機(jī)控制及無(wú)線通訊六個(gè)部分，它們都通過(guò)電路設(shè)計(jì)及C語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。PC上位機(jī)利用LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)圖形化控制管理界面，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸液情況，并實(shí)現(xiàn)輸液完成預(yù)警，上位機(jī)根據(jù)收到的數(shù)據(jù)判斷出需要人工服務(wù)先后順序，并顯示在屏幕上。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1滴速及液位檢測(cè)模塊

該模塊利用紅外對(duì)管測(cè)量液體流速，發(fā)生管型號(hào)為R204，接收管型號(hào)為。將發(fā)射管與接收管相對(duì)放置，高度為8mm，兩管相距16mm。其電路圖如圖2所示。為了避免外界光的干擾，用黑色膠套包裹住對(duì)管頭部，僅露出一小部分保證信號(hào)的發(fā)射和接收。沒(méi)有液體滴落時(shí)，接收端的輸出為5V左右的高電平；有液體滴落的時(shí)候，由于液滴對(duì)光的吸收和散射，接收端的輸出信號(hào)會(huì)降低到3V左右。通過(guò)比較器LM393來(lái)調(diào)理輸出信號(hào)波形，可得到較為理想的方波信號(hào)。輸出信號(hào)通過(guò)7號(hào)引腳與單片機(jī)的P3.3引腳連接。單片機(jī)計(jì)算相鄰兩個(gè)下降沿的時(shí)間即可計(jì)算出液體的滴速。液位的檢測(cè)原理與滴速的檢測(cè)原理類似，它用來(lái)檢測(cè)液體是否滴完。其電路圖如圖3所示。

3.2電機(jī)控制模塊

該模塊實(shí)現(xiàn)速度控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。采用28BYJ-48型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)，它的輸入為5V，可直接與單片機(jī)共用電源。驅(qū)動(dòng)模塊選用ULN2003，使用該驅(qū)動(dòng)只需將IN1～I(xiàn)N4接口與單片機(jī)的I/O連接。通過(guò)步進(jìn)電機(jī)對(duì)卡夾裝置兩臂張角大小的控制可實(shí)現(xiàn)對(duì)流速的控制。當(dāng)檢測(cè)到輸液完成后時(shí)，電機(jī)夾死輸液管。

3.3 顯示模塊

該模塊重要功能是顯示患者編號(hào)，藥液滴速，滴速上下限信息。為了降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗，采用兩位數(shù)碼管來(lái)顯示各種參數(shù)，通過(guò)按鍵的配合可以手動(dòng)切換顯示信息。數(shù)碼管顯示模塊選用的是共陰極數(shù)碼管，兩個(gè)數(shù)碼管并排顯示，分別顯示十位與個(gè)位。

3.4 鍵盤(pán)輸入模塊

下位機(jī)的鍵盤(pán)用來(lái)設(shè)置患者的輸液信息，可設(shè)置的參數(shù)有：預(yù)設(shè)滴速、患者編號(hào)、輸液量。鍵盤(pán)包括3個(gè)按鍵，包括：設(shè)定、+、-。以AT89C52單片機(jī)的P3口的高3位用作信息輸入按鍵的I/O口。此外，還設(shè)計(jì)了復(fù)位按鍵。護(hù)士更換完輸液袋或者輸液完成后，按下此按鍵即可自動(dòng)重置。

3.5 無(wú)線通訊模塊

該模塊主要用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)之間的通訊。單片機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)發(fā)送端無(wú)線傳輸至上位機(jī)接收端。本系統(tǒng)選用的NRF24L01無(wú)線通訊模塊，該模塊的工作頻段為2.400GHz～2.525GHz（默認(rèn)為2.4GHz），可以有效避免WIFI、藍(lán)牙等其他信號(hào)的干擾。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)以AT89C52為核心，使用INTO中斷和定時(shí)器T0、T1對(duì)光電傳感器轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的液滴信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)使用INT1中斷對(duì)光電傳感器檢測(cè)到的液位信號(hào)進(jìn)行中斷處理。整個(gè)程序用C語(yǔ)言編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)了以下功能：（流程圖如圖4所示）

1、接收紅外傳感器信號(hào)，并計(jì)算液體滴速；

2、在檢測(cè)到液體滴完的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)電機(jī)鎖死輸液管并報(bào)警；

3、鍵盤(pán)輸入患者信息、輸液量、輸液速度上下限；

4、發(fā)送患者輸液信息給上位機(jī)。

4.1單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)接收端通過(guò)NRF24L01無(wú)線接收模塊及USB轉(zhuǎn)NRF24L01模塊與PC連接，接收發(fā)送端的信號(hào)，發(fā)送的數(shù)據(jù)形式為17位字符串及起始位“A0”。

顯示界面采用LabVIEW軟件編程實(shí)現(xiàn)。LabVIEW通過(guò)串口讀取NRF24L01無(wú)線模塊接收到的字符串，通過(guò)對(duì)字符串的拆分得到用10進(jìn)制數(shù)表示的患者信息并顯示到固定的區(qū)域內(nèi)。上位機(jī)的主要功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每一個(gè)床位輸液的情況：當(dāng)有患者輸液完畢時(shí)，上位機(jī)對(duì)應(yīng)的患者的提示燈點(diǎn)亮；當(dāng)患者輸液異常時(shí)，對(duì)應(yīng)報(bào)警燈點(diǎn)亮。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了驗(yàn)證該系統(tǒng)滴速測(cè)量實(shí)際性能，對(duì)不同滴速情況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示?？梢钥闯?，無(wú)論快速輸液還是慢速輸液，測(cè)得的速度誤差基本都在2滴/分鐘以內(nèi)，滿足一般輸液的要求。

LabVIEW顯示界面如圖5所示。可以正常顯示所需信息，并能夠?qū)崿F(xiàn)異常狀況下的報(bào)警。

6 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一種醫(yī)院輸液監(jiān)控管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了輸液的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)患者的輸液速度，測(cè)量誤差在，可以滿足大多數(shù)的輸液要求。上位機(jī)的顯示界面簡(jiǎn)潔，方便醫(yī)護(hù)人員瀏覽患者輸液情況，可及時(shí)提醒換藥及報(bào)警。但是，在速度控制方面精度不夠理想，需要加以提高。總的來(lái)講，該系統(tǒng)可以減輕病人家屬及醫(yī)院護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)，提高醫(yī)院輸液系統(tǒng)的安全性、醫(yī)護(hù)人員工作效率，也提高了醫(yī)院護(hù)理和管理的自動(dòng)化與網(wǎng)絡(luò)化水平。

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*基金項(xiàng)目：本文系大學(xué)生科研立項(xiàng)目醫(yī)院輸液智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究成果，項(xiàng)目編號(hào)：17A188