黎愷敏，吳勇健

(河南科技大學(xué)信息工程學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471000)

0 引言

靜脈點(diǎn)滴屬于現(xiàn)代臨床醫(yī)療工作中一種非常重要的治療方法。目前大部分醫(yī)院的靜脈點(diǎn)滴療程依靠醫(yī)護(hù)人員的巡查或病人以及家屬的觀察進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以防出現(xiàn)醫(yī)療事故；同時(shí)有極少部分的私立醫(yī)院引進(jìn)智能輸液系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，但是其成本高昂，只有部分病人選擇使用。因此，本文基于STM32設(shè)計(jì)的智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)傳感器等實(shí)時(shí)監(jiān)控輸液過(guò)程，在一定程度上可以節(jié)省人力資源，降低醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)，并且相對(duì)于其他同類智能輸液系統(tǒng)，此系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，有利于在醫(yī)院的推廣使用。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)主要分為四個(gè)模塊：數(shù)據(jù)獲取模塊、控制模塊、顯示模塊以及警報(bào)模塊。STM32主機(jī)在發(fā)出接收數(shù)據(jù)指令后，會(huì)收到數(shù)據(jù)獲取模塊反饋的藥液溫度，輸液速度，藥液是否注射完畢等信息，并通過(guò)顯示模塊和警報(bào)模塊提醒醫(yī)護(hù)人員和病人。同時(shí)，主機(jī)可以根據(jù)實(shí)際需求控制輸液速度和藥液溫度。系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

2 硬件的設(shè)計(jì)

此智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)采用STM32F103C8T6的最小系統(tǒng)板作為主控部分，系統(tǒng)由液滴監(jiān)測(cè)模塊、液速監(jiān)測(cè)與控制模塊、溫度監(jiān)測(cè)與加熱模塊、語(yǔ)音播報(bào)模塊、TFT屏幕顯示模塊等模塊構(gòu)成，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)都由電源模塊進(jìn)行供電。

2.1 芯片的選用

本系統(tǒng)選用的主機(jī)核心芯片為STM32F103C8T6，是一款由意法半導(dǎo)體公司推出的基于Cortex-M3內(nèi)核的32位微控制器，工作頻率為72 MHz，具有豐富的通用I/O端口，內(nèi)部有7個(gè)定時(shí)器，且含有豐富的通信接口[1]，且成本較低。

2.2 液速監(jiān)測(cè)與控制模塊

液速的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)運(yùn)用的是LM393測(cè)速傳感器模塊，測(cè)速范圍較寬，不易對(duì)檢測(cè)物品造成損害，響應(yīng)靈敏度高，尺寸較小，抗干擾性能強(qiáng)，檢測(cè)的安全性也大大提高。液速監(jiān)測(cè)模塊的原理如圖2所示。

圖2 液速監(jiān)測(cè)模塊原理

液速的控制依靠的是舵機(jī)，舵機(jī)通過(guò)脈沖寬度來(lái)精確地控制所轉(zhuǎn)角度，扭力大小，在不同負(fù)載條件下都能夠保證所轉(zhuǎn)角度的精確穩(wěn)定，能夠通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)舵機(jī)的角度來(lái)調(diào)整輸液速度的快慢。并且舵機(jī)價(jià)格低廉，體積較小，利于安裝。

2.3 溫度監(jiān)測(cè)與加熱模塊

DS18B20數(shù)字溫度傳感器用于監(jiān)測(cè)藥液的溫度，它用導(dǎo)熱性高的密封橡膠粘合灌膠，因此，溫度傳感器具有較高的靈敏度和較小的溫度延遲，傳感器采用了“一線總線”的傳輸方式對(duì)被測(cè)溫度進(jìn)行傳輸，使系統(tǒng)抗干擾能力更強(qiáng)，精度更高[2]。

液滴瓶的溫度主要通過(guò)繼電器進(jìn)行調(diào)節(jié)，首先用戶可以提前通過(guò)按鍵設(shè)置液滴瓶的溫度，當(dāng)液滴瓶的實(shí)際溫度低于系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度時(shí)，系統(tǒng)中的繼電器會(huì)對(duì)液滴瓶進(jìn)行加熱。繼電器的電路如圖3所示。

圖3 繼電器電路原理

2.4 輸液完成監(jiān)測(cè)模塊

系統(tǒng)監(jiān)測(cè)輸液是否完成的模塊中使用的傳感器是優(yōu)質(zhì)的FR-04雙面材料[3]，傳感器面積較大，即監(jiān)測(cè)范圍較大，且使用壽命較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高，輸出的信號(hào)干凈，波形失真度小，同時(shí)在使用的過(guò)程中用戶可以調(diào)節(jié)靈敏度。監(jiān)測(cè)輸液完成的模塊原理如圖4所示。

圖4 輸液完成監(jiān)測(cè)模塊的原理

2.5 語(yǔ)音播報(bào)模塊

系統(tǒng)中的語(yǔ)音播報(bào)模塊采用的是JQ8400FL10P語(yǔ)音模塊，該模塊擁有32 M的內(nèi)存，支持一線和二線串口控制，24位DAC輸出，內(nèi)部通過(guò)DSP硬件解碼，有7種播放模式，內(nèi)置成熟的指令和指令解析，讓模塊工作更穩(wěn)定，使用操作簡(jiǎn)單。

3 軟件的設(shè)計(jì)

軟件主要用Keil uCision5開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā)，根據(jù)程序邏輯編程，主要分為以下幾大板塊，運(yùn)用定時(shí)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸液瓶的溫度和輸液狀態(tài)，如果輸液瓶的溫度過(guò)低會(huì)觸發(fā)定時(shí)器里的警報(bào)鈴聲，使用者可以使用按鍵打開(kāi)繼電器加熱，保證輸液狀態(tài)的正常；運(yùn)用定時(shí)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸液液滴的速度，使用者可以通過(guò)按鍵驅(qū)使舵機(jī)調(diào)節(jié)輸液速度，屏幕會(huì)顯示輸液速度并且語(yǔ)音也會(huì)提示輸液速度的快慢；系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸液是否完成，語(yǔ)音提示護(hù)士及時(shí)換液體或拔針。

系統(tǒng)總體軟件的設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

圖5 軟件流程圖

4 測(cè)試

對(duì)系統(tǒng)各部分的模塊進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試，各模塊正常運(yùn)作后，使用杜邦線將各模塊進(jìn)行連接。系統(tǒng)供電后，使用萬(wàn)用表測(cè)試各模塊電壓是否穩(wěn)定，并利用示波器觀察關(guān)鍵I/O口的波形是否正常；使用Keil uCision5對(duì)程序中關(guān)鍵變量的數(shù)值進(jìn)行分析和修改，同時(shí)修復(fù)程序運(yùn)行中出現(xiàn)的錯(cuò)誤；記錄系統(tǒng)在不同條件下測(cè)試的結(jié)果。

測(cè)試結(jié)果如下：病人正常輸液，輸液速度異常時(shí)，系統(tǒng)TFT屏幕顯示如圖6的(a)、(b)所示；輸液速度正常時(shí)，系統(tǒng)TFT屏幕顯示如圖6(c)所示。輸液完成，系統(tǒng)語(yǔ)音提示需要換液體或拔針，TFT屏幕顯示如圖6(d)所示。

圖6 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果顯示

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)溫度傳感器和液滴傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)病人的輸液過(guò)程，并可根據(jù)病人實(shí)際情況對(duì)輸液狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。多次的測(cè)試結(jié)果表明，此系統(tǒng)具有成本低和精度高[4]，工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。該智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可以使病人獲得更好的醫(yī)療體驗(yàn)，并且可以減輕醫(yī)護(hù)人員的工作負(fù)擔(dān)，因此該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)有望得到廣泛的應(yīng)用。