智能液體點滴監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計

1、智能液體點滴監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計 王夢蛟 時間:2009年05月06日 字 體: 大 中 小關(guān)鍵詞:步進電機跳變監(jiān)控系統(tǒng)液位工作狀態(tài)     摘  要： 針對目前醫(yī)療過程中存在的問題，研制了智能液體點滴監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)采用紅外對射對儲液高度及點滴速度進行監(jiān)測。通過構(gòu)建合理的通信協(xié)議，實現(xiàn)了主站與從站之間的可靠通信。試驗證明，系統(tǒng)價格低廉、可靠性高。     關(guān)鍵詞： 液體點滴監(jiān)控；紅外檢測；CAN通信     靜脈輸液是臨床中一種普遍使用的治療手段，長期以來一直靠人工控制。在傳

2、統(tǒng)輸液中1，易發(fā)生一些異常情況，如管路堵塞、滴速異常及輸液完畢無提示等。如果這些異常情況不能及時被發(fā)現(xiàn)，就會給病人造成傷害，嚴重的還會造成醫(yī)療事故。     該智能液體點滴監(jiān)控系統(tǒng)，可以對多床位進行遠程監(jiān)控，并能針對不同的輸液速度設(shè)定滴速。該系統(tǒng)分為各床位輸液監(jiān)控裝置（從站）及監(jiān)控中心（主站）兩部分。監(jiān)控中心顯示各床位的輸液情況。出現(xiàn)異常情況時，各床位的監(jiān)控儀進行聲光報警，并向主站發(fā)送報警信號，同時關(guān)閉輸液裝置或進行自動調(diào)整，等待護士前來處理。 1 從站設(shè)計方案 1.1 預(yù)期效果     上電后

3、，滴速記憶器自動記憶滴速，進入工作狀態(tài)。利用矩陣鍵盤設(shè)定滴速，然后控制步進電機轉(zhuǎn)動實現(xiàn)滴速調(diào)整，同時對滴速進行檢測和LCD顯示。     可對異常情況報警并做出相應(yīng)處理：(1)當(dāng)管路堵塞時，發(fā)出報警信號，自動關(guān)閉輸液器，等待護士前來處理；(2)當(dāng)?shù)嗡佼惓r，發(fā)出報警信號，自動調(diào)整滴速或等待護士處理；(3)輸液結(jié)束時，自動關(guān)閉輸液器并報警。輸液管路中應(yīng)留一部分藥液，從而給護士留出時間前來處理，也使得在需要繼續(xù)輸液時，前后輸液兼容。報警提示一段時間后，需要中斷向主站傳送的報警信號，以不妨礙其他病床輸液監(jiān)控及報警。但從站本身依舊處于報警狀態(tài)，直到手工解除或報警

4、情況消失2。 1.2 原理框圖     監(jiān)控系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。   1.3 主要模塊設(shè)計方案 1.3.1 滴速檢測     滴速檢測采用光電傳感器，主要由紅外發(fā)射與紅外接收對管組成。當(dāng)有液滴滴下時，在輸出波形上會出現(xiàn)脈沖。通過對脈沖計數(shù)，可以測出滴速。在實際測量過程中，外界光源以及輸液管管壁上的水珠等都會對計數(shù)造成干擾。檢測裝置外罩上黑色橡皮套，以減少外界光源影響，并且采用硬件方案對誤差進行消除。具體電路如圖2所示。   

5、0;   由紅外對管產(chǎn)生的不規(guī)則脈沖經(jīng)過LM339比較器進行比較，將其轉(zhuǎn)換為方波信號；然后利用單穩(wěn)態(tài)電路，通過設(shè)定合適的電阻電容參數(shù)，消除雙脈沖干擾。去噪后的信號接到單片機INT0,通過中斷服務(wù)程序?qū)c滴進行計數(shù)。 1.3.2 步進電機驅(qū)動電路     本系統(tǒng)中，通過步進電機帶動滑輪來控制儲液瓶的高度實現(xiàn)滴速控制。步進電機的驅(qū)動電路如圖3所示。電路中采用了ULN2003芯片，它是7路達林頓驅(qū)動器陣列組成的集電極開路(OC)輸出反向器，最大驅(qū)動電流可以達到500mA，足以滿足步進電機的驅(qū)動要求。  

6、0;1.3.3 滴速記憶模塊     滴速記憶裝置選用MICROCHIP公司生產(chǎn)的24LC16作為存儲芯片。它是具有I2C接口的EEPROM，分為8個頁面，每頁256 B，完全滿足存儲空間及性能的要求3。芯片的時鐘脈沖端(SCL)接P1.2，通過內(nèi)部定時器輸出頻率為1kHz的時鐘信號，數(shù)據(jù)傳輸端(SDA)接P1.3。 1.3.4 余液檢測電路     余液檢測電路采用紅外對射管實現(xiàn)。將紅外對射管分別放在警戒液位兩側(cè)。當(dāng)液面下降至警戒液位以下時，其輸出電平發(fā)生跳變。將輸出電平接至P1.0引腳，單片機檢測到跳

7、變電平時，發(fā)出報警信號。由于液面的變化只使輸出信號跳變一次，故可以不考慮噪聲干擾。其設(shè)計電路如圖4所示。當(dāng)余液液面降至警戒液位之下時，P1.0上出現(xiàn)電平跳變。   1.3.5 通信模塊     該設(shè)計中采用CAN通信方式。CAN-bus總線在通信能力、可靠性、實時性、靈活性及易用性方面有明顯優(yōu)勢，并且傳輸距離遠，成本低廉4。系統(tǒng)采用PCA82C250作為CAN總線的收發(fā)器，以實現(xiàn)CAN總線物理層的通信。具體電路如圖5。   1.4 軟件設(shè)計    

8、0;在實際通信過程中，各從站需要從主站得到分配的地址，才能保證通信的正常進行。在從站進入工作狀態(tài)后，通過鍵盤設(shè)定滴速，使用紅外對管檢測滴速并顯示。當(dāng)出現(xiàn)異常時，向主站發(fā)出報警信號，并進行相應(yīng)處理。具體流程圖6所示。    2 主站設(shè)計方案 2.1 預(yù)期效果     主站接收從站發(fā)來的信號并對其進行記錄。當(dāng)檢測到報警信號時，主站發(fā)出報警信號，并顯示異常類型。護士對于一些異常情況可以在主站進行調(diào)控，如滴速調(diào)整。各從站的數(shù)據(jù)元素都存入數(shù)據(jù)庫中，方便今后的檢索及查詢，數(shù)據(jù)單元包括護士姓名、藥名及用量、輸液滴速變化情況、病人

9、信息、日期等5。 2.2 設(shè)計方案     主站的設(shè)計包括從站信號收發(fā)模塊及PC機軟件設(shè)計。利用CAN收發(fā)芯片PCA82C250接收從站信號后輸入AT89C52。單片機將接收到的信號送入PC機并進行判斷。若為異常情況信號，則發(fā)出報警。PC機軟件主要包括從站信號的記錄以及異常情況的提醒。具體流程如圖7所示。   3 系統(tǒng)通信     系統(tǒng)采用總線型網(wǎng)絡(luò)和時分多路復(fù)用協(xié)議(TDMA)，將主機與檢測終端之間點對多點的通信轉(zhuǎn)化為點對點的通信，從而有效地解決了同頻段數(shù)據(jù)沖突問題6。&#

10、160;    每個工作的從站都由主站分配唯一的地址，主站與從站采用應(yīng)答模式進行通信。由主站向各終端逐個發(fā)出命令，收集監(jiān)測信息。各從站對主機發(fā)出的命令進行響應(yīng)。若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)目標地址與自身地址相符則響應(yīng)，否則丟棄。主機巡回檢測完所有中斷后，檢查是否有新的端口入網(wǎng)。若有，則為其分配地址，進行下一輪巡回檢查。     主站與從站之間的通信格式如圖8。       主從標志用于判斷是主站發(fā)送的信息還是從站發(fā)送的信息，為1時表示主站，為0 時表示從站。命令號用于區(qū)分檢測還是設(shè)定

11、，為1 時表示檢測，為0時表示設(shè)定；報警標志用于從站傳送報警信號，默認值為0000，表示未報警，00010011表示三種異常情況，前兩位保留，方便今后擴展。     該系統(tǒng)綜合運用了單片機監(jiān)控技術(shù)、通信技術(shù)等。經(jīng)試驗證明，最大誤差檢測只有2%，很好地滿足了實際應(yīng)用要求。且其具有功耗低、體積小、價格低廉、可靠性高等優(yōu)點，能夠有效地減輕醫(yī)務(wù)工作者的工作量，提高醫(yī)院信息化程度7。 參考文獻 1 王紫婷，王瑞峰，嚴天峰.智能液體點滴速度監(jiān)控儀J.自動化與儀器儀表，2004(5)：48-50. 2 于匯泉，呂麗雪.普通輸液報警及控制系統(tǒng)的設(shè)計和研制J.醫(yī)療設(shè)備信息，2004(9)：10-11，17. 3 Micochip.24LC16B 6K 2.5V I2CTM Serial EEPROM DatasheetEB/OL.http：/4 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品選編M.北京：北京理工大學(xué)出版社，2003.