黃海波，楊冬英

(山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院，山西 太原 030031)

0 引言

我國人口眾多，盡管我國一直在大力發(fā)展公共衛(wèi)生事業(yè)，但是相比較龐大的人口，醫(yī)療資源還是顯得有些不足，特別是近幾年城市化推進，醫(yī)療資源更是緊張。當(dāng)前我國大部分的輸液還是人工來觀察和控制輸液的速度，有時會出現(xiàn)偏差無法準確控制液體的流速[1]。輸液時藥物過快過慢都會對病人的身體造成損害，但輸液的快慢還要根據(jù)病人的實際情況確定，因此設(shè)計一個智能的輸液控制系統(tǒng)來控制液滴的流速，還要及時檢測回血，及時能夠停止輸液，醫(yī)護人員在護士站能夠觀察到病人的輸液情況，這樣能夠極大的降低錯誤的發(fā)生率，減少醫(yī)療事故的發(fā)生，節(jié)省人力物力，提高醫(yī)院的工作效率[2]。

在醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)中，液面高度是一個重要的信息，因為在當(dāng)代醫(yī)學(xué)中，太多醫(yī)療手段是以輸液為主，例如靜脈輸液、透析機透析治療等等。液面高度是一個重要的信息，因此在設(shè)計醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)時首要考慮的是如何將液面高度信息提取出來，這個液面高度信息必須是精確的[3]。這有一定的技術(shù)難度，所以長期以來沒有合理有效的自動監(jiān)控裝置，對輸液液面進行精確的監(jiān)控，平常醫(yī)院經(jīng)常采用的人工進行監(jiān)控，這不僅浪費了人力資源而且還常常出現(xiàn)一些人為因素的過失，此外，血液回流也是一個亟待解決的地方，人工控制總會出現(xiàn)錯誤情況發(fā)生，因此，設(shè)計一種智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)能夠合理解決上述問題。

1 設(shè)計總體思路

本系統(tǒng)選用STC89C51單片機為控制核心，基于STC89C51單片機的輸液監(jiān)控系統(tǒng)主要有兩大部分組成。主站的主要功能是監(jiān)控從站的液面高度以及回血檢測，同時還有報警模塊，一旦有從站的輸液情況發(fā)生異常會發(fā)出警報提醒醫(yī)護人員。從站上面裝了液面高度采集模塊和以紅外光電傳感器為核心的回血檢測傳感器，從站的主要功能是向主站傳遞液面高度信息以及回血檢測的信息[4]。系統(tǒng)的總體框圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的總體框圖

1.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

根據(jù)輸液控制系統(tǒng)的功能要求，監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要由以下兩個部分組成:

1) 主站主要由以單片機和外圍電路組成的核心控制電路用以完成信號的處理以及藥品滴速的控制，同時還搭配有無線發(fā)射模塊以及報警模塊，回血檢測裝置以及用于改變輸液瓶角度的步進電機單元[5]。

2) 從站主要有無線接送模塊，聲光報警模塊，數(shù)碼管顯示模塊以及傳感器模塊。

1.2 主站各系統(tǒng)單元的設(shè)計

近年來，隨著軟硬件技術(shù)的不斷進步，單片機的功能越來越強大，憑著其低功耗、高性能、外圍兼容接口豐富的特點在市面上十分流行。本設(shè)計采用STC89C51單片機作為處理器。它能在小型的電器件中作為一個處理器來使用，軟件編程和特定的外圍電路一起搭配使用即可實現(xiàn)。

1.2.1 點滴信號檢測單元

此單元的主要作用是檢測輸液器是否在正常工作。單元電路圖如圖2所示。

圖2 點滴信號檢測電路

紅外對管傳感器由兩部分組成，其一是紅外線發(fā)射管，其二是受光管，眾所周知紅外線抗干擾能力比較強，所以由它作為傳輸介質(zhì)最為合適。其次它的優(yōu)點是尺寸小性能穩(wěn)定所以作為本系統(tǒng)檢測滴速的傳感器[6]。

1.2.2 聲光報警電路

本設(shè)計的報警模塊有蜂鳴器和二極管組成，當(dāng)主站檢測到從站滴液出現(xiàn)異常的時候，報警模塊啟動，會有燈亮起同時發(fā)出警鳴聲，方便醫(yī)護人員第一時間處理。圖3是聲光報警模塊電路圖。

圖3 聲光報警模塊電路圖

2 液體點滴監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計

KEIL是嵌入式領(lǐng)域系統(tǒng)開發(fā)工具，用于ARM的開發(fā)，一般來說也能用于單片機的開發(fā)，它能夠編譯源代碼，管理用戶所建的工程項目，并且具有模擬的功能，可以一定程度上進行仿真操作。它能最大限度的模擬以單片機為核心的硬件實物的工作，Proteus不僅能夠模擬實物的設(shè)計圖樣，而且還能調(diào)試程序的代碼，做到軟硬件協(xié)同仿真。輸液智能監(jiān)控系統(tǒng)由兩部分組成分別是主站和從站[7]。從站不僅需要完善的電路設(shè)計更需要軟件編程控制，從站的軟件編程主要需要完成以下功能：

1) 液面高度信息的采集

2) 藥品滴速的控制

3) 血液回流信息的采集

4) 具有中斷功能

5) 具有計時功能

6) 具有報警功能

7) 具有信息發(fā)送功能

2.1 主站各模塊的軟件設(shè)計

從站的軟件程序模塊有兩個重要組成部分，系統(tǒng)核心的主控模塊和各個功能模塊，統(tǒng)一由主控模塊來進行控制。

1) 主控模塊設(shè)計。主控模塊是整個系統(tǒng)軟件的控制核心，具有復(fù)位計時以及中斷功能，在進行工作之前先進行初始化，在數(shù)據(jù)儲存和管腳連接同時進行初始化。在進行管腳串口初始化的時候要把其位于高電平上，即寫入1，此時的各個串口為數(shù)據(jù)接入口。同時單片機的串口必須設(shè)置中斷方式，因為考慮到實際的情況列如回血等，必須要求輸液能立即停止，所以必須設(shè)置中斷方式。在數(shù)據(jù)初始化方面，在每次復(fù)位重啟后，模塊自動對可寫入數(shù)據(jù)區(qū)進行數(shù)據(jù)清零，方便每次工作時數(shù)據(jù)的重新寫入。

2) 點滴速度測量模塊設(shè)計。點滴速度可以有以下兩種方式進行測量，兩者的主要區(qū)別是選擇的測量單位不同，第一種是選擇以點滴的間隔為單位，通過記錄每兩滴滴落的時間間隔，規(guī)定一段時間，通過時間除以間隔來確定滴數(shù)，這種方法比較適合滴速變速的時候使用，第二種方法是選取一段時間作為單位時間記錄滴數(shù)，通過一定的運算測出滴速，但是這種方式會有一定的誤差，所以在滴速一定不變的情況下，選取多個時間段去平均值來取得單位平均滴數(shù)，達到一個非常高的精度[8]。

3) 電動機控制模塊設(shè)計。電動機控制實現(xiàn)原理如下：系統(tǒng)首先設(shè)置標準點滴速度，然后檢測當(dāng)前點滴速度，若小于標準速度，電機控制點滴裝置上升直到標準速度，然后慢慢降低裝置高低使速度和高度建立一一對應(yīng)的關(guān)系。

至于點滴速度的控制是通過改變輸液管上的快慢控制器或者對輸液管的夾持松緊度來實現(xiàn)對點滴速度的控制，考慮到高度的測量較為困難，而高度或松緊度與步進電機的轉(zhuǎn)角有關(guān)，我們可以通過改變轉(zhuǎn)角來控制的值從而達到對滴速的控制[9]。步進機調(diào)整點滴速度的流程圖如圖4所示。

圖4 步進電機調(diào)整點滴速度

4) 報警模塊設(shè)計。系統(tǒng)設(shè)計中當(dāng)液面低于或高于設(shè)定的數(shù)值時，報警模塊收到信號開始報警，信號燈閃爍和蜂鳴器發(fā)聲，發(fā)出警報提醒醫(yī)護人員。報警模塊的軟件設(shè)計是整個系統(tǒng)軟件設(shè)計非常重要的一環(huán)。如圖5所示。

3 結(jié)論

整個系統(tǒng)設(shè)計立足于實際，功能眾多，性能穩(wěn)定具有一定的實用價值，實現(xiàn)了對液體下落的監(jiān)測，能夠設(shè)置滴速快慢的上限和下限值，在發(fā)生回血情況時，電機及時工作阻止血液回流，發(fā)生異常情況時發(fā)出警報燈和蜂鳴器的警告，以及處于監(jiān)控室的無線接收模塊能接收到輸液室發(fā)出的各種信息。適合目前我國沒有普及智能醫(yī)療的現(xiàn)狀，在衛(wèi)生醫(yī)療領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。