施 嘯，史雷萌，胡 威

（1.國華（江蘇）風電有限公司，江蘇 東臺 224200；2.廈門理工學院 光電與通信工程學院，福建 廈門 361024；3.上海鴻杰科技有限公司，上海 200443）

0 引 言

隨著醫(yī)療水平的不斷提高，點滴輸液已經(jīng)成為現(xiàn)代臨床醫(yī)療工作中最常用的治療手段。在病人輸液治療的過程中，護士要及時為病人更換藥液或是停止輸液，這就需要護士經(jīng)常在病房里巡查。這將耗費護士大量的時間與精力，導致護士難以照顧到每一位病人[1]。有些病人輸液治療還有朋友、家屬進行陪護，大量陪客待在醫(yī)院里，會給醫(yī)院的管理工作帶來人力上和財力上的巨大壓力[2-3]。而且不少病人一天需要輸入好幾組藥液，在長期臥床的情形下病人容易困乏乃至熟睡。當輸液結(jié)束時，如若沒能及時通知護士前來更換藥液或是拔出針頭，輸液瓶中的空氣可能會順著輸液管進入靜脈血管造成空氣栓塞[4-5]等問題，給病人帶來重大安全隱患。

因此，本文基于嵌入式技術(shù)設計一種穩(wěn)定、可靠、安全的智能點滴輸液報警器系統(tǒng)[6-7]，實現(xiàn)對病人輸液進度的實時監(jiān)控。

1 系統(tǒng)整體設計

本智能點滴輸液報警器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由病房從機子節(jié)點和護士站主機構(gòu)成，依靠各個病房的從機子節(jié)點完成向護士站主機發(fā)送報警消息的任務。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成

2 硬件設計

智能點滴輸液報警器硬件由病房從機子節(jié)點的檢測控制和護士站主機的報警顯示構(gòu)成，包括液位檢測模塊、流速控制模塊、無線通信模塊、語音報警模塊和LCD顯示模塊，主機和從機的核心處理器均采用STM32F103ZET6芯片。當病房從機子節(jié)點檢測輸液管內(nèi)液位低于設定值后，控制舵機夾緊輸液管控制流速，同時向護士站主機發(fā)出報警信號。主機接收到報警信號后，發(fā)出語音報警指令并在LCD屏幕上顯示報警床位。系統(tǒng)整體硬件設計如圖2所示。

圖2 硬件設計框圖

2.1 傳感器設計

液位檢測傳感器采用的是電容式液位傳感器，該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，維護量少，靈敏度高，有著極高的穩(wěn)定性和抗干擾能力，可實現(xiàn)對容器內(nèi)液位高度非接觸式檢測[8]。液位檢測傳感器原理圖如圖3所示。

圖3 液位檢測傳感器原理

2.2 流速控制設計

流速控制模塊設計采用的是舵機控制方式。舵機結(jié)構(gòu)緊湊，易于安裝，有著控制簡單、扭力大、成本低等多種優(yōu)點，并且舵機輸出平穩(wěn)，能夠通過夾緊輸液管實現(xiàn)對流速的精準控制。

2.3 無線通信設計

無線通信設計采用的是nRF24L01無線通信模塊。nRF24L01是一款由NORDIC公司推出的收發(fā)器件。該器件可以在2.4～2.5 GHz的ISM頻段工作，有較強的抗干擾能力，其可選的頻道很多，可以滿足多點通信和調(diào)頻通信的需要。nRF24L01無線通信模塊原理圖如圖4所示。

圖4 無線通信模塊原理

2.4 報警器設計

報警器設計采用的是JQ8900語言模塊，該模塊集成了一個16位的MCU以及一個專門用于音頻解碼的DSP。JQ8900的硬解碼方式可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠[9]。當護士站主機接收到從機子節(jié)點的報警信號后，啟動語音報警模塊，提示護士去給該病房的病人更換藥液或是停止輸液。

2.5 屏幕顯示設計

屏幕顯示設計采用的是3.5英寸的TFTLCD液晶顯示屏模塊。TFTLCD是一種薄膜晶體管型液晶顯示屏，該顯示屏亮度好、對比度高、層次感強，屏幕信息顏色鮮艷，有著較高的安全性和可靠性[10]。TFTLCD液晶顯示屏模塊原理圖如圖5所示。

圖5 TFTLCD顯示模塊原理

2.6 軟件設計

系統(tǒng)軟件開發(fā)主要基于Keil MDK5開發(fā)環(huán)境。程序依據(jù)模塊化軟件編程原則，劃分為液位檢測模塊、流速控制模塊、無線通信模塊、語音報警模塊和LCD顯示模塊。整體軟件設計流程如圖6所示。

圖6 軟件設計流程

3 仿真及測試

護士站主機可以看到所有病房里從機子節(jié)點的狀態(tài)，如果主機接收到從機的報警信號，便會進行語音報警，同時LCD監(jiān)測界面上會顯示床位及報警信息。單個從機報警和多個從機報警狀態(tài)分別如圖7和圖8所示。

圖7 單個從機報警LCD檢測顯示界面

圖8 多個從機報警LCD檢測顯示界面

4 結(jié) 語

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，醫(yī)療水平也在不斷提高，開發(fā)一套智能點滴輸液報警器系統(tǒng)，可以很好地改良當前醫(yī)院里的點滴輸液裝置，大幅度減輕護士們的勞動負擔[11]，讓人們在治療過程享受更加智能化和人性化的服務，具有較高的社會應用價值和意義。