输液速度自动控制系统

1、中国科技论文在线输液速度自动控制系统 马志雨作者简介：马志雨（1989年），男. E-mail: mazhiyu5551.5LiaoNing province technology Universite辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁葫芦岛 1251051251051359199449013591994490辽宁省葫芦岛市龙湾南大街188号mazhiyu555马志雨（1989年），男马志雨Ma Zhiyu马志雨1.51.51.51.51.51.51.51.51*|*期刊*|*刘辉 周志英.医疗输液速度的测量与控制J.计量与测试技术:32(1):5-6<CR>2*|*期刊*|

2、*杨婷 新型输液速度控制器的研制与应用J.中国实用护理杂志:上旬版:2006;22(9):-44-44<CR>3*|*期刊*|*张志艳 杨小亮 马红忠,输液速度自动控制系统的设计J.自动化与仪表:2009:24(11):-53-56<CR>4*|*专著*|*张桂香.机电类毕业设计指南M.第一版.北京：机械工业出版社，2005<CR>5*|*专著*|*ATMEL.AT89C2051 Microcontroller DATA BOOKM:1999*|1|马志雨|Ma Zhiyu|辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁葫芦岛 125105|LiaoNing pr

3、ovince technology Universite|马志雨（1989年），男|辽宁省葫芦岛市龙湾南大街188号|125105|mazhiyu55513591994490输液速度自动控制系统|DESIGN OF AUTOMATIC CONTROL SYSTEM FOR INFUSION SPEED|- 10 -（辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁葫芦岛 125105）摘要：输液是医院常用的治疗手段，传统输液过程中存在着输液速度不精确、需要人工监护等弊端。本文的目标就是设计一种输液监控系统以解决此问题.系统以AT89S52单片机为下位机核心，使用PC上位机通过

4、RS232总线与其组成有线监控系统，实现主机对从机的控制。使用者可以通过按键设置输液速度，系统将自动对输液速度进行控制。此外系统还实现了多机通信，即一个主站控制多个从站和从机之间的数据传输。当输液结束或输液速度发生异常时，从站使用发光二极管和蜂鸣器进行报警，并将报警信号通过串行口传送至主站，主站通过监控软件和蜂鸣器实现声光报警。在整体方案设计中，在保证设计系统能达到的使用要求的精度和稳定度的前提下，考虑到系统的轻便性、实用性、可靠性，对电路系统进行了优化。整个设计具有一定的使用价值。关键词：单片机；光电传感器；步进电机；RS232总线；输液速度控制中图分类号：请查阅中国图书馆分类法DESIGN

5、 OF AUTOMATIC CONTROL SYSTEM FOR INFUSION SPEEDMa Zhiyu(LiaoNing province technology Universite)Abstract: Transfusion commonly used as treatment in hospital，but there were some problems，such as inaccurate，need transfusion of artificial guardianship，etcThe goal is to design a transfusion monitoring s

6、ystem in order to solve those problemsThe system use AT89S52 SCM as machines corePC through its composition RS232 bus cable monitoring system for control of the machine from hostSlave machines through the outer circuit testing reservoir liquid bottle in height and liquid dropping speed，and through t

7、he control of stepping motor speed control its infusionUsers can through the button to control transfusion speed and system will automatically transfusion speed of itBesides the system also actualize multi-machine communication，that is，a master station to control multiple machines from a station and

8、 the masterslave data transmission betweenWhen the infusion end or infusion speed abnormal，slave lightemitting diodes and buzzer to alarm，and will alarm signals through serial transmission to the master，stood by monitoring software realization and buzzer sound-light alarmIn the overall program desig

9、n，in ensuring the use of design systems to achieve the required accuracy and stability of the premise，taking into account the systems portability，practicality，reliability，electrical systems were optimized)Key words: single chip；Photoelectric sensor ；Stepper Motor；Can Bus； Transfusion speed control 0

10、 引言静脉输液是临床医学中的一个重要的治疗手段和医学监护的一项重要内容，在各个医院的医疗工作中被广泛应用，据统计住院输液率为7080。它不仅是 一种重要的给药途径，而且还是给患者补充体液、营养的重要方法。在输液过程中，输液速度是一个很重要的参数，一般要根据患者年龄、病情和药物种类等因素来分别确定。同时，在静脉输液过程中，必须有人陪护，以防鼓包等事故发生，尤其对术后几乎需要24小时不间断输液的患者的监护，更是让护理者身心憔悴。当护理者发生困倦时，极易发生事故。通过调查得知，目前几乎所有医院因种种原因仍没有采用输液监控系统，而是采用传统的输液方法，即将液体容器挂在一定高度，利用液体静压原理与大气压

11、的作用使液体下滴，将大量灭菌药液直接滴入静脉内，从而达到治疗目的。为了克服传统临床输液中由患者、陪护或医护人员随时观察监视药液余量情况，牵扯精力大、效率低、不利于病区的综合管理的弊端，结合临床实践，利用光电原理和单片机技术研制出一种智能输液监测装置。这种装置能够实现远距离，多床位，集中分时显示各床位的输液状况，并自动报警，对医疗工作有很大的帮助。 本装置由液滴采集电路、LED显示与键盘控制电路、报警输出电路以及通信装置组成，通过光电开关传感器把液滴信号转换为电脉冲信号，并以电信号的形式传给单片机，经运算，分析，处理后单片机将数据传送给LED显示模块，并能报警，以提醒医护人员进行相应的处理。1

12、输液监护器的总体设计1.1 系统的构成该监控系统由主从站两大部分组成，其框图如图1-1：图1-1主从站结构框 Fig1-1 Block diagram of main station1）主站（监控中心）由PC机作为上位机，采用巡回查询的方式与从站进行通信，收集从站的实时信息，并进行显示及报警。2）从站以AT89S52单片机为中心，完成对某一具体输液控制过程的监控。这次设计主机和从机的通信采取的是MAX232把主站和多个从站连成一个系统，实现主机与从机的远程通信，即远程控制。本次设计主要针对从站进行设计。 1.2 系统框图及工作原理输液监控系统以AT89S52单片机为中心，从站电路主要包含以下几

13、个模块：输液信号采集单元、脉冲整形和A/D转换单元、液滴显示单元、声光报警单元、数据通信单元和单片机外围电路等。其中输液信号采集单元完成输液信号的采集工作，脉冲整形和A/D转换单元把采集到的模拟信号变为数字信号以便单片机进行处理，单片机处理完毕后一方面显示输液速度等信息，另一方面根据设定的输液速度对输液速度进行调整，同时通过MAX232总线将信息传送至PC上位机。而在PC上位机中可以通过设计的监控软件对各从站的输液情况进行实时监控,从而达到输液自动控制系统。系统总体结构框图如图1-2所示： 图1-2系统的结构框图 Fig1-2 Block diagram of system2 输液监护器的硬件

14、设计2.1液体点滴速度测量单元设计本系统用光电传感器ST178来检测单位时间内点滴下落的个数，ST178为单电源反射式光电传感器，内含有一个红外发光二极管，一个光敏三极管（用来接收反射回来的红外光）。当发光二极管发出的红外光大部分被光敏三极管接收时，接收端光敏三极管导通；光敏三极管接收到的反射红外信号微弱时，接收端光敏三极管截止。具体电路形式如图2-1所示： 图2-1点滴速度检测电路Fig 2-1 Dropping speed detection circuit当滴斗处无液滴落下时，红外光在滴斗表面发生全反射，光敏三极管导通，比较器输出低电平；当滴斗处有液滴落下时，红外光在穿过点滴时有散射现象

15、发生，光敏三极管只能接收到微弱的光信号，光敏三极管截止，比较器输出高电平。电路输出脉冲信号输入到单片机，单片机对脉冲信号计数，从而确定点滴下落速度。电路中比较电平由精密稳压管LM339经过电位器分压输出，脉冲信号为低频，故选用低频电压比较器LM339，可减少高频噪声。2.2液位检测单元设计使用红外线定点检测。电路可以分成三部分：红外检测电路、电流电压变换电路、放大整形电路。电路原理图如图3-7所示：光电传感器检测出信号为直流电平，当液面高度下降到警戒值时，光电传感器检测到反射光信号，从而产生高低电平的变化，检测信号通过电压比较器LM339输入到单片机中，通过单片机检测采样到的电平，能判断储液瓶

16、中的液面是否达到警戒值。图2-2液位检测电路Fig 2-2 Level detection circuit2.3点滴信号A/D转换由于检测液体速度为模拟信号，而单片机需要数字信号，所以需要A/D转换。A/D转化如图3-8所示：图2-3 A/D转化电路Fig 2-3 Circuit of A /D transformation 2.4 电源模块任何电气设备的使用均离不开供电系统，在整个单片机系统设计中，电源的设计是必须要考虑的。电源的设计取决于系统所要求的供电方式，如是采用单电源方案，还是多电源方案，系统的功耗有无特殊规定等。在本设计中由于系统所选用的单片机是AT89S52，它的标准工作电压为+

17、5V，采集所用的发光二极管和光敏三极管以及通讯所用的RS232总线适配器等电路它们的工作电压都是+5V，因此在本设计中采用单电源方案，单电源方案的优点是系统简单、工作可靠。此外由于设计到对步进电机的控制，步进电机所需电压为+12V。因此我们的目标是设计出一个能够提供+5V与+12V的电源。电路图如图3-9所示：图2-4电源电路Fig 2-4 Power supply circuit2.5 声光报警模块图3-10 报警电路Fig3.10 Alarm circuit报警电路如图3-10所示，直接接在单片机的P3.5脚，在输液前，根据病人情况设定输液速度，当点滴的速度低于20滴/分或高于150滴/分

18、时，单片机发出信号使P3.5出现高电平，触发蜂鸣器报警装置，蜂鸣器发出响声。如有人按报警按钮，I/O口也会输出高电平，触发蜂鸣器报警，提醒医护人员和输液人采取相应措施，避免危险事故发生。如10秒后仍然无人处理，则关闭输液器，保证病人安全，如图3-10所示：2.6 显示模块电路设计电路图如图3.13所示，显示模块有三位数码管组成，七段译码器CD4511作为数码管的驱动器。P2.4P2.6作为六位数码管的位选信号，接在CD4511锁存允许端LE，当P0.0P0.5某位为低信号时，当LE=0时，控制相应的CD4511工作，4位BCD码进入锁存器，从而显示相应数字。图3-16显示模块电路图Fig3-1

19、6 Circuit diagram of monitor3 输液监护器的软件设计前几章已经对本设计完成了硬件设计，但是要想实现此系统的自动控制，则还需要完成软件的设计，本设计只对从机部分进行程序设计，下面是主程序框图如图3-1所示：图3-1主程序框图Fig3-1 Block diagram of main program4 试验及结果分析4.1 试验过程1) 测试条件：测试点环境温度：25°C2) 测试仪器：PC机 （AMD Athlon(tm) XP 1600+，256DDR）DF1731SL1ATA型直流稳压电源TDS1002示波器CA1640P20型函数发生器FLUKE 17B

20、型万用表（带温度测量功能）ZSD-803A型秒表3) 测试方法与结果a 点滴速度测试根据在一定时间内下落的点滴数可以近似确定点滴的速度。在测试设定功能时，通过键盘输入要设定的值，按“OK”键便可。系统会自动调整至所需的滴速。相关测试结果如图4-1所示。 图4-1点滴速度测量曲线Fig 5-1 Drip velocity measurement curve从图中曲线可以看出，用红外对管测得的点滴速度与实际的点滴速度十分接近，速度误差不大于2滴/分。表4-1 点滴速度设定及相关稳定时间测量Table 4-1 Drip velocity hypothesis and settling time su

21、rvey次 数当前值设定值稳定时显示值稳定时实际值稳定时间误 差(滴/分)1171201920150122015015015214023150707071571471808283111582202121510621252526101725505051161从上表可以看出，不论是在全量程范围内，还是在一个较小的调整范围内，测量误差都远小于题目要求的设定值的±10%±1滴。同时稳定时间也小于题目要求的3分钟。此项功能达标。b 报警功能测试：报警键被按下时，报警装置正常工作，此功能正常。从以上各测试过程可以看出，本系统已完成题目要求的所有基本功能。8 结论本文设计的输液监护器是以单片机AT89S52为核心的智能化仪器，主要工作包括硬件和软件设计两大部分，总结如下:1) 监护器完成了红外检测的数据信号采集、数据实时显示、意外情况智能报警等功能。 2 )监护器的量程为255滴/分，在医疗上一般的输液范围为20-150滴/分，此速度可以满足医疗上的需要。3)监护器的结构简单，体积小，降低了设计成本，增加实用性，显示点滴速度及时准确，可重复性好，具有超限报警功能，增加了安全性。4)本设的发展阶段，总体来看，红外液滴检测意外情况报警系统主要的发展趋势是:通信技术和单片机技术相结合，改进系统工作能力和准确度，向着高可靠、低成本和网络化、