毕业设计（论文）-液体点滴液位控制电路设计及仿真.doc

I摘要针对目前医疗过程中存在的问题，研制了此智能液体点滴液位控制电路。本电路由储液液面检测、电机驱动、报警显示几个模块组成，这个电路能安全可靠地在某个从站输液瓶内的药液到达一定量时，自动向主站报警，在主站处显示相应从站号，同时使电机正转或反转，以控制点滴流速。本文介绍了多种用于实现此功能的方案，最终选取了采用红外发射接收对管实现储液液面检测，采用直流电机对滴速夹松紧的控制实现对液滴速度的控制，采用辐射型网络，通过对液面达到警戒值的从站进行编码，译码，显示来实现报警显示部分。此外对电路进行了相应的直流工作点分析，瞬态分析，以更清楚地了解此电路的各项指标。实现了一个由一个主站控制多个从站的有线液体点滴液位控制电路。关键词智能；红外发射接收对管；直流电机II目录摘要.IAbstract.错误!未定义书签。第1章绪论.11.1课题背景.11.2课题国内外研究现状.21.3课题的发展趋势.41.4本文主要内容及组织结构.4第2章液体点滴液位控制电路设计.62.1液体点滴液位控制电路工作原理.62.2液体点滴液位控制电路设计.62.2.1储液液面检测电路设计.62.2.1.1储液液面检测电路设计方案介绍.62.2.1.2储液液面检测电路详细设计方案.72.2.1.3液面检测电路.72.2.1.4整形电路.72.2.2点滴速度控制电路设计.82.2.2.1点滴速度控制电路设计方案介绍.82.2.2.2点滴速度控制电路详细设计方案.92.2.3主站、从站通信电路设计.102.2.3.1主站、从站通信电路设计方案介绍.102.2.3.2主站、从站通信电路详细设计方案.102.2.3.3编码部分.112.2.3.4显示部分.112.2.3.5CMOS电路和TTL电路的区别.132.3本章小结.14第3章液体点滴液位控制电路仿真与分析.153.1MULTISIM仿真环境.153.1.1MULTISIM的特点.17III3.1.2MULTISIM仿真实验在实验教学中的优势.183.2液体点滴液位控制电路仿真.193.3电机驱动电路仿真.193.4报警显示模块仿真.203.5本章小结.21第4章液体点滴液位控制电路分析.224.1电路分析.224.1.1各种分析介绍.224.1.1.1直流工作点的分析.224.1.1.2瞬态分析.224.1.1.3交流分析.224.1.1.4扫描分析.234.2部分电路直流工作点分析.234.2.1储液液面检测模块直流工作点分析.234.2.2报警显示模块直流工作点分析.244.3部分电路瞬态分析.244.3.1电机驱动电路瞬态分析.244.4部分电路直流扫描分析.254.4.1储液液面检测模块直流扫描分析.254.5本章小结.26结论.2参考文献.错误!未定义书签。致谢.错误!未定义书签。附录1.错误!未定义书签。附录2.错误!未定义书签。章及标题1第1章绪论1.1课题背景静脉输液是临床中一种普遍使用的治疗手段，通过大规模的调查得知，目前，几乎所有的医院都没有采用输液监控系统，而是采用非常传统的靠人工控制的输液方法。医院对点滴输液装置的控制方法是：将液体容器挂在架子上由护士通过软管夹对胶管口径的压紧或放松来控制滴速。科学技术的飞速进步，推动了临床医学的巨大发展和新型技术的广泛应用，这就对医院信息化、自动化的宏伟建设提出了新的要求。尤其是在医疗监护领域，提出了多元化、信息化、个性化的医疗监护新需求。现代科技的进步和发展，为医学监护技术提供了创新的条件和新的发展空间，然而医疗监护技术和设备的发展仍然不能满足医院、病人、家庭和人身健康等各方面所提出的要求。静脉输液速度会直接对药物作用的发挥造成影响，如果速度不当可能会导致不良反应，严重的甚至会危及生命安全。目前我国的大、中、小型医院及下属社区卫生院、诊所等医疗机构进行输液注射时，大都采用传统的人工监护手动控制的方法，其输液速度是护士通过调节输液器上的手动滑轮来控制。用人工控制和监视的输液速度和输液量是一个不精确的值，有经验的医护人员可以根据药剂的特性对滴速进行控制，而一般的病人却无法做到，做的不好还会有一定的危险性。输液过快，将可能会导致中毒，更严重时则会导致水肿和心力衰竭；而输液过慢则有可能发生药量不够或者无谓地延长输液时间，使治疗受到影响并给患者和医护人员的工作增加不必要的负担，医护人员必须不定时地进行巡视，浪费了人力资源，而且病人或家属在输液过程中必须注意观察输液量及剩余药量，给病人和家属精神上带来了紧张和疲劳感。尤其是在对危重病人进行治疗时，需要长时间的输液，常常在夜间也不能间断，这样，护理人员就得不到休息，由于看护者的疲劳，很容易出现一些异常的情况，比如管路堵塞、滴速异常及输液完毕无提示等，很可能不能及时发现，而造成医疗事故。输液速度的快慢受药物效果的性质、病人的年龄、机体耐受力、病情等章及标题2因素的影响，而且在输液过程中输液的速度也必须随患者体位、肢体血液循环以及药物的粘稠度等情况来变化。临床上应根据药物和患者情况的不同配以适当的输液速度。糖尿病人、癌症病人、心脑血管病人的治疗都需要使药物以恒定的速度灌注，通过调节输入的速度和时间将药物均匀持续地注入，以达到最佳药用效果，也使药物的副作用降到最低。而常规的临床静脉输液，普遍采用高位悬挂方式，即依靠重力原理进行输液，并且整个输液过程中，护理人员是凭观察和经验对滴速进行手动调节，这种方法控速不精确，常因输液速度过快致患者出现不适甚至输液反应，或速度太慢而影响治疗效果同时，对于需要输血的病人，由于血液非常容易凝固，输血时很容易阻塞输液管。要保证血流速度大于某一值，才能让血液顺利输出。而传统的靠人工控制的静脉输液不能对各种数据进行自动和直观的统计、查询和分析，缺乏一个功能强大的人机交互界面，不能适应信息化，科技化的新要求。另外，不管是输液还是输血，普通输液器对输液完毕和输液过程中偶然出现的故障，如气泡、阻塞等都不能自动报警，也不能及时地切断输液通路，以避免血液倒流或其他严重后果。此外，在传统的临床静脉输液方式中，医护人员必须到病床前去操作控制，增加了医护人员临床的次数，增加了医护人员受感染的几率。输液泵虽然能够按照要求精确控制给药的速度和剂量，是解决输液速度的一种有效的方法，但输液泵的机器成本和耗材成本太高，只适用于急救和重症的情况，难于普及推广，因而不能满足广大医护人员和患者的需要。基于上述原因需要用一种智能型输液监控仪来控制药液的输送，并能进行异常报警。智能型输液监控仪的应用有助于减轻护理人员工作强度，提高输液的安全性、准确性和工作效率，提高护理水平。1.2课题国内外研究现状静脉输液是一种最常用的临床治疗方法，是护理专业的一项常用给药治疗技术。它以给药快、刺激性小、疗效快等优势，在抢救病人的生命过程中发挥着越来越积极的作用。国外对智能型输液装置的研制较早，如日本、美国和德国等国家在上个章及标题3世纪80年代末就进行了智能型输液装置的研制，现在市场上流行的大多是国外的产品，类型多种多样，性能也比较好，如日本JMS株式会社的OT-601型输液泵(控制精度为10%)和SP-500型注射泵，美国、德国、以色列等国家也有性能较好的产品。早在几年前，发达国家的每个病床就都配备了输液泵，而我国只是在一些大医院才配备了一些输液泵，且均为进口品牌，价格在两万元左右，比较昂贵，这使一些中小医院望尘莫及。国内对输液装置的研制起步较晚，大都在90年代中期才开始研究，市场上也有一些国产的输液装置，如北京科力丰高科技发展有限责任公司的ZNB系列产品，深圳康福特公司也有输液装置产品。现在比较常见的是MJY-01型和MJY-01A型便携式输液监控器。MJY-01型的特点是超小体积，超低功耗，超轻，操作方便（一键操作），功能强大。它是卡装在输液管上的。在实时监控输液过程中输液管内药液液位，当输液完毕时电子夹紧装置自动关闭液体，避免回血；输液完毕后电子夹紧装置自动定时，使滴壶内剩余液体下滴数滴流过输液针头，避免针头凝血，护士可不必立即更换液体；它采用绿色环保聚合物锂电池。在输液量不大于500瓶（袋）液体的情况下每3个月充电一次。闲置情况下最长一年充电一次。MJY-02A型的特点是体积小，功耗低，安装方便。它最主要的特点是每台中继器可管理最多250台输液监控器。中继器与射频网络管理机之间可实现（可视）400米通信，中继器与监控器之间可实现（可视）100米通信，能适应大医院的需求，射频网络中继器具体配备数量依照现场通讯条件确定。且大屏幕LED显示器显示各床位的输液监控器的工作状态，同时显示6个输液完毕的床位号和输液完毕的时间，显示数据能自动更新。目前国内尚未完全解决输液时的自动监控问题，在已有的有关专利中，其原理均为光电、机电、红外、重力等类型，在灵敏度、准确率、药液适用范围、操作方法以及生产成本、外观尺寸、重量等方面存在诸多问题，所以至今无一能成功推向市场。输液自动监控仪应具有网络化、自动化管理功能，并且可以进行通信、报警和远程控制。章及标题41.3课题的发展趋势随着科学技术的不断发展创新，数字化、信息化技术对各行各业的渗透，旧岗位结构的变化以及新兴岗位的出现，医院的管理系统趋向于电子化、网络化、智能化，如何利用计算机与现代控制技术相结合来提高医疗器械的自动化已成为目前主要的应用方向之一。我国是世界上人口最多的国家，同时也是拥有医院最多的国家，具有庞大的消费群体，近几年来，由于政府的大力支持，我国医疗器械行业发展十分迅速。医疗器械行业是壁垒较高的行业，并且属于国家重点鼓励发展的行业。按照原国家经济贸易委员会制定的医疗器械行业“十五”发展规划，到2010年，我国医疗器械总产值将会达到1000亿元，在世界医疗器械市场上的份额将会占到5；到2050年这一份额将达到25，从而成为世界一流的医疗器械制造强国。这种智能型输液装置的市场还不够成熟，应用还不够广泛，在技术上还存在着许多有待解决的问题。在实际运用中需要考虑到设备的成本，环境中的干扰如可见光干扰、液体中的气泡干扰,抖动干扰,主、从机同时通信发生死机等一系列的问题。按照目前的情况来看，我国需要一种智能型输液速度监控系统，采用光电检测技术和单片机技术，能够实现对输液滴速的控制和液位低于设定值时的报警，达到多床位、远距离、集中分时显示各床位输液状况及自动报警的目的，且控制精确、性能稳定、操作简单，能减轻医护人员的劳动强度，减少医疗事故的发生，以满足医院和社会的需求。1.4本文主要内容及组织结构本文共分为4章，各章的安排如下：第1章：系统分析临床静脉输液过程中可能出现的问题，对国内外输液监控系统和嵌入式系统的发展现状进行论述，分析现有监控系统存在的一些缺陷。第2章：阐述系统总体设计，介绍实现液体点滴液位控制电路的具体方案，将控制电路划分为储液液面检测模块，主站、从站模块，点滴速度控制