韋邵云 劉 偉

（桂林理工大學(xué)，廣西 桂林 541006）

靜脈注射是一種專門用于臨床治療疾病的手段，通過(guò)人體靜脈注射藥液，具有療效快、操作方便、對(duì)身體損害小等優(yōu)點(diǎn)。然而，不當(dāng)?shù)妮斠悍椒ㄈ菀装l(fā)生醫(yī)療事故，例如：滴注過(guò)快，易產(chǎn)生不良反應(yīng)，甚至危及生命；不能及時(shí)觀察剩余量，導(dǎo)致無(wú)藥輸液；持續(xù)性的過(guò)量輸注，易造成循環(huán)系統(tǒng)負(fù)荷過(guò)重等等。本文以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控輸液為目標(biāo)，設(shè)計(jì)一個(gè)點(diǎn)滴輸液報(bào)警系統(tǒng)，讓患者可以得到休息，減輕醫(yī)護(hù)人員的壓力，提高醫(yī)護(hù)人員的工作效率。

1 系統(tǒng)總體方案

點(diǎn)滴輸液報(bào)警系統(tǒng)的總體框圖如圖1 所示。該系統(tǒng)由單片機(jī)、液位傳感器、紅外計(jì)數(shù)傳感器、DS1302 時(shí)鐘模塊、按鍵電路、無(wú)線通信模塊、OLED 顯示屏等幾部分組成。

圖1 點(diǎn)滴輸液報(bào)警系統(tǒng)

其中，單片機(jī)為STM32F103C8T6，負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)模塊。液位傳感器主要負(fù)責(zé)液位報(bào)警，紅外計(jì)數(shù)傳感器負(fù)責(zé)輸液速度檢測(cè)，DS1302 為系統(tǒng)提供穩(wěn)定時(shí)鐘，按鍵電路為系統(tǒng)提供設(shè)置輸液時(shí)間和病人報(bào)警的功能，無(wú)線通信模塊使用ESP8266 模塊，方便系統(tǒng)與服務(wù)器、手機(jī)APP 進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，OLED 屏顯示系統(tǒng)時(shí)間和輸液信息[1]。

主控制器接收液位傳感器和紅外計(jì)數(shù)傳感器的輸出信息，并將綜合處理后的信息發(fā)送到ESP8266 模塊，通過(guò)內(nèi)部的機(jī)智云固件，上傳至服務(wù)器，用戶在手機(jī)APP 端查看，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)

主控制器為STM32 開(kāi)發(fā)板，芯片為STM32F103C8T6 單片機(jī)。該單片機(jī)由意法半導(dǎo)體(ST)開(kāi)發(fā)，基于ARM Cortex-M內(nèi)核。與51 單片機(jī)相比，其功能更為強(qiáng)大，性能更高，穩(wěn)定性更好。STM32 系列單片機(jī)自帶主流外設(shè)，且其內(nèi)核擁有高性能、低成本、低功耗等優(yōu)點(diǎn)[2]。

系統(tǒng)使用MicroUSB 接口供電，可以提供5V的直流電輸入，保證系統(tǒng)正常工作。5V 主要提供給液位檢測(cè)傳感器、紅外對(duì)射計(jì)數(shù)傳感器和時(shí)鐘模塊工作，STM32F103C8T6、OLED 液晶屏和ESP8266-12F的工作電壓是3.3V，通過(guò)開(kāi)發(fā)板上的AMS1117芯片負(fù)責(zé)降壓。

2.2 液位傳感器

液位報(bào)警是利用液位傳感器的工作原理實(shí)現(xiàn)。如圖2 所示，根據(jù)有水狀態(tài)與無(wú)水狀態(tài)時(shí)分布電容的變化來(lái)判斷測(cè)試傳感器位置是屬于有水狀態(tài)或是無(wú)水狀態(tài)，由此實(shí)現(xiàn)檢測(cè)[3]。

圖2 液位傳感器

使用時(shí)，將傳感器緊貼輸液管，也可以緊貼輸液瓶底部，當(dāng)液體達(dá)到傳感器探測(cè)位置時(shí)即有電平信號(hào)輸出，從而完成液位的檢測(cè)。只有檢測(cè)到了有液體存在，才能進(jìn)行輸液速度檢測(cè)。

2.3 紅外計(jì)數(shù)傳感器

紅外計(jì)數(shù)，利用紅外光的變化來(lái)完成輸液速度的檢測(cè)[4]。采用進(jìn)口槽型光耦傳感器，檢測(cè)靈敏度高；檢測(cè)時(shí)，通過(guò)夾持輸液器滴斗，在不接觸液體的情況下完成滴速檢測(cè)，保證輸液安全。模塊使用的比較器是LM393，得到的輸出信號(hào)干凈、波形好、誤差小。

如圖3，檢測(cè)槽中有物體通過(guò)時(shí)，會(huì)引起紅外光耦的變化，每通過(guò)一次，就會(huì)產(chǎn)生一次高電平，通過(guò)OUT 開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出。

圖3 紅外計(jì)數(shù)傳感器電路圖

計(jì)算輸液速度的過(guò)程如下：檢測(cè)4 滴液體x（單位為滴），記錄這4 滴液體通過(guò)檢測(cè)槽時(shí)一共花了多少時(shí)間t（單位為秒s），根據(jù)公式，計(jì)算出這4 滴液體的速度v（單位為滴/s），將這個(gè)速度v 轉(zhuǎn)化成百分比。通過(guò)手機(jī)APP，設(shè)置好輸液速度上限，如果這個(gè)速度v 超過(guò)設(shè)置的輸液速度上限，系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警。

2.4 DS1302 時(shí)鐘模塊

這里用到的時(shí)鐘芯片是DS1302，由美國(guó)DALLAS 公司推出的具有掉電保護(hù)的低功耗時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、周、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，配合頻率為32.768kHz的外部晶振組成時(shí)鐘模塊電路。

2.5 按鍵電路

系統(tǒng)能設(shè)置輸液時(shí)間和病人報(bào)警，通過(guò)增加按鍵電路來(lái)實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)功能。按鍵電路共有四個(gè)按鍵：KEY1、KEY2、KEY3、KEY4。其中KEY1 和KEY2 為輸液時(shí)間加減鍵，KEY3 為輸液時(shí)間設(shè)置鍵，KEY4 為病人報(bào)警鍵。

當(dāng)KEY3 按下時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入輸液時(shí)間設(shè)置程序，默認(rèn)為10分鐘。此時(shí)，按下KEY1，輸液預(yù)設(shè)時(shí)間增加，若按下KEY2，則輸液預(yù)設(shè)時(shí)間減少。當(dāng)需要報(bào)警時(shí)，按下KEY4，系統(tǒng)的輸液狀態(tài)就會(huì)顯示為報(bào)警，指示燈亮起，再次按下KEY4，報(bào)警狀態(tài)解除，指示燈滅。

2.6 無(wú)線通信模塊

無(wú)線通信模塊使用的是2.4G WIFI 模塊ESP8266-12F，該模塊內(nèi)置完整的TCP/IP 協(xié)議棧，可以通過(guò)串口通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，為系統(tǒng)添加聯(lián)網(wǎng)功能。

系統(tǒng)可選擇單機(jī)模式運(yùn)行，也可聯(lián)網(wǎng)模式使用。配置WIFI模塊的聯(lián)網(wǎng)模式：如果之前已經(jīng)連上過(guò)WIFI，拔插短接片就會(huì)連上之前的WIFI 網(wǎng)絡(luò)；如果是首次連接WIFI，則通過(guò)復(fù)位按鍵和手機(jī)APP 操作連接。等待十秒左右，系統(tǒng)就能連上機(jī)智云的服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與機(jī)智云服務(wù)器、手機(jī)APP的數(shù)據(jù)交互。如果沒(méi)有聯(lián)網(wǎng)成功，則WIFI 模塊的指示燈就會(huì)進(jìn)入快速閃爍狀態(tài)，此時(shí)需要重新配置網(wǎng)絡(luò)。

在云端，用戶通過(guò)手機(jī)APP 來(lái)向服務(wù)器發(fā)送控制指令，因?yàn)榉?wù)器端和下位機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)是一一對(duì)應(yīng)的，非常方便。

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件以Keil 作為編輯軟件，以STM32F103C8T6為核心，結(jié)合傳感器檢測(cè)到的結(jié)果將輸出信號(hào)送至單片機(jī)處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)滴輸液報(bào)警。系統(tǒng)軟件流程圖如圖4 所示。

圖4 點(diǎn)滴輸液報(bào)警系統(tǒng)軟件流程圖

當(dāng)液位傳感器沒(méi)有檢測(cè)到液體，進(jìn)行聲光報(bào)警；檢測(cè)到有液體存在，在手機(jī)APP 中設(shè)置輸液速度上限，由紅外計(jì)數(shù)傳感器檢測(cè)輸液速度，OLED 屏顯示檢測(cè)結(jié)果。如果輸液速度超過(guò)了預(yù)設(shè)的輸液速度上限，進(jìn)行聲光報(bào)警；如果沒(méi)有超過(guò)，則持續(xù)檢測(cè)，直至輸液結(jié)束。當(dāng)需要設(shè)置輸液預(yù)警時(shí)間，則通過(guò)按鍵或手機(jī)APP 進(jìn)行設(shè)置，時(shí)間到后進(jìn)行聲光報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。

4 結(jié)論

與傳統(tǒng)的輸液報(bào)警器相比，在不改變現(xiàn)有輸液方式的基礎(chǔ)上，為患者和護(hù)士輸液提供了方便，大大提高了醫(yī)院醫(yī)護(hù)人員的工作效率，降低了因點(diǎn)滴輸液造成的醫(yī)療事故率。由于條件有限，該系統(tǒng)尚未得到醫(yī)院試點(diǎn)使用，實(shí)際使用效果有待探究。