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        基于單片機(jī)的輸液監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

        2021-10-27 09:01:38李意如姚茂明韓雅琪孔菲蝶崔忠偉
        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2021年10期
        關(guān)鍵詞:單片機(jī)檢測系統(tǒng)

        李意如,姚茂明,韓雅琪,潘 濤,孔菲蝶,崔忠偉

        (貴州師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與大數(shù)據(jù)學(xué)院,貴州 貴陽 550018)

        0 引 言

        隨著人們對健康要求的不斷提高,醫(yī)療行業(yè)和醫(yī)療設(shè)備越來越受到人們的重視。考慮到傳統(tǒng)輸液方式會對部分患者造成不同的傷害,影響他們的身心健康,因此,輸液監(jiān)測系統(tǒng)就成為了當(dāng)今以及未來醫(yī)療發(fā)展的必需品。

        西方國家對輸液監(jiān)測裝置的研究比較早,例如日本、美國等國家使用輸液泵實(shí)現(xiàn)控制、警報等功能,但是國內(nèi)對輸液監(jiān)測裝置的研究相對較晚,而且由于價格昂貴、技術(shù)不成熟,只有少部分醫(yī)院使用。近年來,物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)不斷發(fā)展,輸液監(jiān)測系統(tǒng)的研究也逐漸成為了重點(diǎn)[1-3]。

        基于此,文中設(shè)計了一種基于單片機(jī)的輸液監(jiān)測系統(tǒng)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,本文系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,具有一定的推廣價值。

        1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

        系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由檢測模塊、報警模塊、顯示模塊、加熱模塊、控制模塊組成。

        本系統(tǒng)使用STM32微處理器作為主控芯片,其工作流程是由檢測模塊檢測點(diǎn)滴的速度,并在顯示屏上呈現(xiàn);通過按鍵設(shè)置點(diǎn)滴速度,當(dāng)點(diǎn)滴速度過快或者過慢時,通過控制模塊來控制滴瓶的高度,從而調(diào)整點(diǎn)滴的速度;通過檢測模塊檢測滴瓶內(nèi)有無液體,無液體時,蜂鳴器發(fā)出警報通知醫(yī)護(hù)人員;可以手動打開加熱模塊,對液體進(jìn)行加熱[4-5]。

        系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        2 系統(tǒng)硬件

        2.1 加熱電路

        加熱電路主要由繼電器、加熱絲以及PNP型三極管搭建,當(dāng)單片機(jī)I/O口為低電平時,三極管導(dǎo)通,打開繼電器控制加熱絲電路加熱;當(dāng)單片機(jī)I/O口為高電平時保持原狀。加熱電路如圖2所示。

        圖2 加熱電路

        2.2 報警電路

        電路采用PN5138三極管。PN5138三極管為PNP型三極管,當(dāng)基極為低電平時,PNP三極管導(dǎo)通,蜂鳴器啟動;當(dāng)基極為高電平時基極和發(fā)射極均未導(dǎo)通。蜂鳴器電路如圖3所示。

        圖3 蜂鳴器電路

        2.3 步進(jìn)電機(jī)電路

        單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖經(jīng)過驅(qū)動電路變換、放大后輸入步進(jìn)電機(jī)。該電路使用ULN2003芯片進(jìn)行控制,通過單片機(jī)I/O口輸出脈沖來決定其轉(zhuǎn)動方式,從而實(shí)現(xiàn)滴速的控制。步進(jìn)電機(jī)電路如圖4所示。

        圖4 步進(jìn)電機(jī)電路

        2.4 其他電路

        時鐘電路:時鐘電路作為控制單元的“心臟”,在系統(tǒng)中具有舉足輕重的作用,在本系統(tǒng)中,由于內(nèi)部無時鐘振蕩電路,因此需外接時鐘振蕩電路。

        復(fù)位電路:當(dāng)系統(tǒng)死機(jī)或程序跑飛時,復(fù)位電路可以使系統(tǒng)軟件恢復(fù)正常。

        電源電路:本系統(tǒng)選用12 V電壓供電的加熱片,采用雙電壓供電模式。

        按鍵電路:按鍵的接入方式有兩種,即獨(dú)立按鍵和矩陣按鍵。本系統(tǒng)只需要設(shè)置報警距離值,以及實(shí)現(xiàn)按鍵加減功能,所以本系統(tǒng)選擇獨(dú)立按鍵接入方式。

        液面檢測電路:本系統(tǒng)使用液位傳感器來檢測滴瓶內(nèi)液體的有無。

        液晶顯示電路:本系統(tǒng)采用液晶顯示屏顯示輸液系統(tǒng)相關(guān)信息。

        3 系統(tǒng)軟件

        3.1 系統(tǒng)主程序

        在主程序中進(jìn)行系統(tǒng)初始化,主要包含對本程序用到的變量進(jìn)行初始化,以及對顯示屏的初始化。用2個獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn),通過步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制滴瓶的升高和降低,并在顯示屏上顯示滴瓶的狀態(tài),從而控制液體滴落的速度。當(dāng)檢測到無藥液滴下時,蜂鳴器發(fā)出警報,提醒醫(yī)護(hù)人員。當(dāng)加熱開關(guān)打開時系統(tǒng)對液體進(jìn)行加熱[6-8]。系統(tǒng)流程如圖5所示。

        圖5 系統(tǒng)流程

        3.2 系統(tǒng)子程序

        系統(tǒng)初始化主要包括對本設(shè)計中用到的變量進(jìn)行初始化,并賦初值,例如引腳的定制,頭文件的調(diào)用編譯等,以及對顯示屏進(jìn)行相關(guān)操作。本設(shè)計還用到了定時器計數(shù)功能,因此還需對定時器進(jìn)行初始化,例如對定時器或寄存器進(jìn)行定義等[9]。

        4 系統(tǒng)測試分析

        4.1 滴速控制

        查閱資料可知,成年人的液滴速度為40~60滴/min,如果液滴的速度過快或過慢,病人會感到不適[10]。通過按鍵控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動來控制液滴速度,當(dāng)?shù)嗡龠^慢時,按下按鍵“1”,電機(jī)正轉(zhuǎn),將吊瓶拉高,使得滴速加快;當(dāng)?shù)嗡龠^快時,按下按鍵“2”,電機(jī)反轉(zhuǎn)將吊瓶放低,使得滴速減慢。按鍵狀態(tài)與液滴速度關(guān)系見表1所列。

        表1 按鍵狀態(tài)與液滴速度關(guān)系

        4.2 報警測試

        通過液位傳感器來檢測滴瓶內(nèi)有無液體。當(dāng)檢測到滴瓶無液體時蜂鳴器發(fā)出警報。

        5 結(jié) 語

        基于單片機(jī)的輸液監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)藥流速度,并在液晶顯示屏上顯示相關(guān)信息的目的,有效降低了醫(yī)療事故幾率,提高了醫(yī)護(hù)效率。

        本次設(shè)計性價比高,應(yīng)用范圍廣,實(shí)現(xiàn)了輸液的智能化,減少了醫(yī)護(hù)人員的工作量。

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