基于單片機(jī)的病房無人看護(hù)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)修

1、附件3:湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng) 目 申報(bào)表項(xiàng)目名稱：基于單片機(jī)的病房無人看護(hù)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)學(xué)校名稱湖南科技學(xué)院學(xué)生姓名專業(yè)名稱性別入學(xué)年份曾雄電子信息工程男2009年9月陳武銀電子信息工程男2009年9月李觀培電子信息工程男2009年9月曾紅艷電子信息工程女2009年9月劉瑞超電子信息工程男2010年9月指導(dǎo)教師包本剛職稱副教授學(xué)科專業(yè)電路與系統(tǒng)項(xiàng)目研究和實(shí)驗(yàn)的目的和要解決的主要問題：一. 項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)前景與內(nèi)容分析隨著社會的不斷發(fā)展，各種管理變得越來越人性化、智能化，然而，在某些領(lǐng)域也存 在著一些不夠完善的管理方式，比如：醫(yī)院對病房、病人管理時(shí)，對各類病人的情況不 能及時(shí)的了

2、解和解決，這給醫(yī)院和病人帶來了諸多不便，更為重要的是病人的安全沒有 保證。本項(xiàng)目（病房無人看護(hù)智能系統(tǒng)）是由中央計(jì)算機(jī)以及各子系統(tǒng)組成的綜合性系統(tǒng)， 它采用傳感技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和最新電子技術(shù)來構(gòu)造系統(tǒng)。各子系統(tǒng)是通過單片機(jī)對 各病房的各種情況的監(jiān)控（主要包括：病房溫度、濕度、點(diǎn)滴的注射情況及進(jìn)度）及監(jiān) 控信息的傳送，讓管理者能隨時(shí)掌握各病房的各種狀況并及時(shí)進(jìn)行處理，管理者通過PC 界面將控制信號發(fā)送給子系統(tǒng)，監(jiān)控和管理病房的各種情況，為病人和醫(yī)院帶來便捷。二. 研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)總體模塊我們將該系統(tǒng)分為三個(gè)主要部分：1、病房內(nèi)溫度、濕度的檢測與分立式空調(diào)的控制2、點(diǎn)滴流速的檢測與控制3、

3、計(jì)算機(jī)控制端的界面設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)庫的建立三. 病房無人看護(hù)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖圖1病房無人看護(hù)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖該系統(tǒng)分為三大板塊：（1）溫度和濕度檢測和分立式空調(diào)控制板塊；（2 ）點(diǎn)滴檢測與控制板塊；（3 ）計(jì)算機(jī)管理軟件控制端板塊；我們利用護(hù)士站臺的微型計(jì)算機(jī)分別控制每個(gè)病房的溫度、濕度和每個(gè)病房里每個(gè)病床的點(diǎn)滴注射情況。該系統(tǒng)具體運(yùn)行流程可以分為兩個(gè)階段：一、由下位機(jī) （點(diǎn)滴檢測與控制子系統(tǒng)、溫度和濕度檢測子系統(tǒng)）采集各種信息并將采集到的信 息傳送給數(shù)據(jù)處理模塊，在進(jìn)行處理之后，通過地址與數(shù)據(jù)總線把相應(yīng)模塊的信息傳送 給上位機(jī)（計(jì)算機(jī)控制端）；二、醫(yī)生或護(hù)士等管理者通過計(jì)算機(jī)的管理軟件查看 由各病房

4、的下位機(jī)傳送來的信息，并且通過發(fā)送控制信息給下位機(jī)，由下位機(jī)去執(zhí) 行，完成管理者的任務(wù)。這種管理方式既可統(tǒng)一控制各個(gè)病房， 又可單獨(dú)控制各病房的每一個(gè)病床， 達(dá) 到多種模式管理的效果。四. 病房無人看護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能：1、點(diǎn)滴的流速的檢測和控制，初步設(shè)定相關(guān)的參數(shù)后其自動監(jiān)控運(yùn)行，若出 現(xiàn)異常情況及時(shí)預(yù)警，以達(dá)到點(diǎn)滴注射無人看護(hù)的功能。2、溫度和濕度的檢測控制，在管理員設(shè)定適宜的溫度濕度后，單片機(jī)可根據(jù)上位機(jī)發(fā)來的控制信息自行的監(jiān)控病房的環(huán)境狀態(tài)，并控制空調(diào)的運(yùn)作，以實(shí)現(xiàn)空調(diào)節(jié)能、高效運(yùn)行的效果。3、設(shè)計(jì)相配套的管理軟件（包含數(shù)據(jù)庫），使醫(yī)務(wù)人員能及時(shí)掌握病人及病 房的相關(guān)信息并儲存，并且

5、能調(diào)控各病房的環(huán)境。五. 研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的目的和任務(wù)目的： 研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)是一種學(xué)習(xí)方式，它從學(xué)習(xí)者個(gè)體發(fā)展的需要和 認(rèn)識規(guī)律出發(fā)，提出了以“創(chuàng)造”為指向的學(xué)習(xí)形式及有關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容：首先，它培養(yǎng)我們發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)通常圍繞 一個(gè)需要解決的實(shí)際問題展開。在學(xué)習(xí)的過程中，通過引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生自主地發(fā)現(xiàn)和提 出問題，設(shè)計(jì)解決問題的方案，收集和分析資料，培養(yǎng)收集、分析和利用信息的能力。其次，培養(yǎng)我們的合作能力與團(tuán)隊(duì)精神，合作的意識和能力。研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性 實(shí)驗(yàn)的開展創(chuàng)設(shè)了有利于人際溝通與合作的教育環(huán)境，使學(xué)生學(xué)會交流和分享研究的信 息、創(chuàng)意及成果，發(fā)展樂

6、于合作的團(tuán)隊(duì)精神。任務(wù)：研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的任務(wù)是培養(yǎng)大學(xué)生主動探索研究、獲得親身體驗(yàn)、 培養(yǎng)解決實(shí)際問題能力。倡導(dǎo)以大學(xué)生為主體的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)改革，調(diào)動學(xué)生的主動性、 積極性和創(chuàng)造性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，通過開展實(shí)施計(jì)劃，帶動大學(xué)生在 學(xué)習(xí)階段得到科學(xué)研究與發(fā)明創(chuàng)造的訓(xùn)練，改變目前大學(xué)生在實(shí)踐過程這一環(huán)節(jié)的薄弱， 動手能力不強(qiáng)的現(xiàn)狀，逐漸增強(qiáng)掌握思考問題、解決問題的方法，提高其創(chuàng)新實(shí)踐的能 力。六、對各模塊的具體分析和設(shè)計(jì)：【一】病房溫度、濕度和空調(diào)控制板塊1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵鉀Q問題的分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模哼m宜的環(huán)境對病人是很重要的，為了讓病人在最舒適的環(huán)境中休養(yǎng)，同時(shí)也讓病 房達(dá)到節(jié)能的

7、效果，我們設(shè)計(jì)了病房溫度濕度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)就很好的解決這一問題。要解決問題的分析：我們初步設(shè)想是通過設(shè)定一個(gè)初始值以后，該子系統(tǒng)會自動監(jiān)控整個(gè)病房溫度和濕 度的實(shí)時(shí)情況，使系統(tǒng)在初始值附近基本保持穩(wěn)定，并且在病房病內(nèi)的人也可以根據(jù)自 身的實(shí)際情況改變初始溫度濕度值，同時(shí)病房的溫度濕度情況可以在病房和控制室顯示。 醫(yī)務(wù)人員了解后可以進(jìn)行相應(yīng)的處理，及時(shí)的解決問題。（總體框圖如圖2所示）采用PC機(jī)與單片機(jī)多機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)對多個(gè)房間空調(diào)的監(jiān)控與控制，可同時(shí)或者對任意 某臺空調(diào)實(shí)現(xiàn)開啟和關(guān)閉，溫度設(shè)置，制冷或制熱等一些基本的控制。對每個(gè)房間的環(huán)境溫 度進(jìn)行采集并定時(shí)發(fā)送給PC機(jī)，供醫(yī)務(wù)人員查看，并可由數(shù)碼

8、管在病房進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。當(dāng) 某個(gè)房間溫度低于或者高于初始設(shè)定的溫度時(shí)單片機(jī)可自行控制空調(diào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí) 監(jiān)控的作用。初始溫度濕度還可由病房里的人員調(diào)節(jié)，以達(dá)到人性化設(shè)計(jì)的目的。疽度濕度盅.技圖2溫度、濕度監(jiān)控總體圖PC 檢割單片機(jī)BW51lfeDS1BB2a圖3溫度、濕度監(jiān)控模塊工作流程圖2、框圖說明：a. PC機(jī)為普通的帶有串口的臺式機(jī)，作用：在其Windows平臺上創(chuàng)建一個(gè)該系統(tǒng)的管 理軟件，控制每臺空調(diào)的工作并且實(shí)時(shí)監(jiān)控。b. MAX232為電平轉(zhuǎn)換芯片，由于PC機(jī)串口為RS232接口只能識別EIA電平，而單片 機(jī)只能識別普通的TTL電平,此芯片的作用就是將兩種電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換達(dá)到數(shù)據(jù)通訊

9、的目的。c. 以單片機(jī)為核心的下位機(jī)系統(tǒng)主要作用是采集房間內(nèi)的溫度并根據(jù)PC機(jī)的命令，實(shí) 現(xiàn)對分立式空調(diào)的自動控制。d. DS18B20為單線數(shù)字溫度傳感器，負(fù)責(zé)室內(nèi)溫度的測量。e. HM1520為線性電壓輸出式集成濕度傳感器。f. 通過對獨(dú)立鍵盤的操作，可以設(shè)定病房的初始溫度濕度?！径奎c(diǎn)滴檢測與控制模塊1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵鉀Q問題的分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模含F(xiàn)今的醫(yī)院在病人輸液過程中，護(hù)士常常顧此失彼，對各病房的信息不能及時(shí)的 了解，結(jié)果往往是病人感到不適的時(shí)候也還找不到相關(guān)負(fù)責(zé)人，在病人及其陪護(hù)人員有 時(shí)也會疏忽點(diǎn)滴注射情況，因此存在很大的安全隱患。針對這種的狀況，本模塊提供了 一種無人看護(hù)裝置，在無人

10、看護(hù)情況下也能解決病人在點(diǎn)滴方面的需求的這一問題。要解決問題的分析：本模塊主要是在點(diǎn)滴流速的檢測與控制方面，實(shí)現(xiàn)在病人無人陪護(hù)的情況下，對流 速的自動檢測與89C51單片機(jī)控制修改同時(shí)包括人性化設(shè)置，此外還有對液體的加熱和 快輸完液時(shí)由單片機(jī)控制的自動報(bào)警，同時(shí)將輸液過程中的點(diǎn)滴情況定時(shí)發(fā)送給PC終 端控制，由主控臺隨時(shí)了解各病房的最新狀況，便于對輸液情況的及時(shí)控制和管理。2、該板塊硬件框圖設(shè)計(jì)5圖4多瓶點(diǎn)滴檢測與控制詳細(xì)圖1、2、3為電子輸液管流速控制夾；4為點(diǎn)滴流速檢測裝置；5為揚(yáng)聲器用于報(bào)警。 各個(gè)裝置均由89C51單片機(jī)控制，單片機(jī)通過MAX232芯片進(jìn)過電平轉(zhuǎn)換與PC機(jī)進(jìn) 行通信。該

11、板塊具體運(yùn)行流程如下：流連檢測PG訊MAX4|L89C51牌蠱鋅作圖5點(diǎn)滴模塊運(yùn)行流程圖a、PC控制端是主控臺的界面顯示端，它顯示出單片機(jī)收集到的各病房的點(diǎn)滴流速、 液體溫度、是否報(bào)警等情況，也方便工作人員的控制。b、MAX232為電平轉(zhuǎn)換芯片，由于PC機(jī)串口為RS232接口只能識別EIA電平, 而單片機(jī)只能識別普通的TTL電平，此芯片的作用就是將兩種電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，達(dá)到將各 病房的點(diǎn)滴狀況傳送給PC機(jī)的數(shù)據(jù)通訊的目的。c、89C51單片機(jī)負(fù)責(zé)采集通過PR116-035紅外線測量的液體的流速和是否達(dá)到 報(bào)警要求，同時(shí)控制液體流速（液體初始流速通過醫(yī)生設(shè)置，病人在打點(diǎn)滴過程中自行 通過鍵盤操作調(diào)節(jié)

12、亦可）和揚(yáng)聲器預(yù)警提示。d、測量液體流速是在滴管處安裝一個(gè)PR116-035紅外線發(fā)射裝置，另一邊通過 CDS光敏電阻接收并通過檢測光敏電阻的電壓變化來計(jì)數(shù)，從而達(dá)到測出每分鐘滴下的 液滴即液體流速的目的。e、電子輸液管流速控制夾是在接收單片機(jī)對流速控制指令后，自動擠壓輸液軟管 的管壁，以達(dá)到控制流速的目的；并且在控制電子控制夾的開關(guān)的順序就可實(shí)現(xiàn)多瓶點(diǎn) 滴自動輸液的可能；與此同時(shí)在測流速時(shí)檢測到液體沒滴下時(shí)將信號發(fā)送給89C51單片 機(jī)，單片機(jī)則發(fā)出報(bào)警信號給主控臺并通過揚(yáng)聲器發(fā)出語音提示通知病人?！救縋C管理軟件與數(shù)據(jù)庫的建立板塊1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵鉀Q問題的分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩τ谝话愕尼t(yī)務(wù)人員

13、是難以理解數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容和表達(dá)的形式，因此不便于醫(yī)務(wù)人員 的操作和管理，于是設(shè)計(jì)相應(yīng)的管理軟件作為醫(yī)務(wù)人員與硬件之間溝通的重要工具，便 很好地解決之一難題。要解決問題的分析：在windows平臺上設(shè)計(jì)一個(gè)具有良好界面的管理軟件，醫(yī)務(wù)工作人員主要是通過軟 軟件與PC機(jī)進(jìn)行交流。再由PC機(jī)對各病房進(jìn)行監(jiān)控。軟件是PC機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依 據(jù)。為了方便醫(yī)務(wù)工作人員工作，在設(shè)計(jì)PC機(jī)管理系統(tǒng)時(shí)，我們?nèi)挚紤]軟件與硬件 的結(jié)合，使PC機(jī)系統(tǒng)具有較高的總體效用。2、管理軟件的設(shè)計(jì)框圖圖6應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)3、PC管理軟件與數(shù)據(jù)庫主要實(shí)現(xiàn)功能：a 對各病房的各病人建立基本信息數(shù)據(jù)庫用于病房溫度濕度數(shù)據(jù)及病人輸液情況

14、的 存儲。b. 運(yùn)行時(shí)，能夠提供所要求功能和性能的指令（如：控制信息的設(shè)置與發(fā)送，反饋信 息的接收與處理）。c. 程序能夠滿意地處理信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并通過簡潔易懂的圖形文字顯示出來。d. 程序工作時(shí)，能對某些故障進(jìn)行檢查與簡單的排查，便于醫(yī)務(wù)管理人員了解系統(tǒng)的 及時(shí)狀況。七、研究和實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容及預(yù)期成果：主要內(nèi)容：1、病房溫度、濕度的自動化控制設(shè)計(jì)2、對多瓶點(diǎn)滴智能化控制的設(shè)計(jì)3、有效的應(yīng)用管理軟件的設(shè)計(jì)預(yù)期成果：(1) 設(shè)計(jì)出各分模塊的電路模型，并在PC機(jī)上設(shè)計(jì)開發(fā)出一個(gè)人性化的綜合管理軟 件，實(shí)現(xiàn)對各分模塊的集中控制實(shí)現(xiàn)整個(gè)無人看護(hù)系統(tǒng)。(2) 根據(jù)研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的研究成果，爭

15、取在省級以上刊物公開發(fā)表 文1-2篇。八、各階段研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃：1、大二下學(xué)期(2011年上期)，根據(jù)所學(xué)數(shù)字電路模擬電路、及自學(xué)單片 機(jī)等課程及查找資料完成各板塊電路基本框架的設(shè)計(jì)和方案的論證。2、大三上學(xué)期(2011年下期)，根據(jù)所學(xué)傳感技術(shù)EDA技術(shù)等課程完成信 號采集模塊的設(shè)計(jì)和硬件制作。3、大三下學(xué)期(2012年上期)，根據(jù)所學(xué)數(shù)字信號處理、DSP技術(shù)等課程完 成數(shù)據(jù)通信模塊的研究與設(shè)計(jì)。4、大四上學(xué)期(2012年下期)綜合各模塊，在windows平臺上的用VC設(shè)計(jì)出 一個(gè)集成管理軟件，完成對病房無人看護(hù)系統(tǒng)的軟、硬件的調(diào)試，并發(fā)表相應(yīng)的論文， 申請相關(guān)專利。九、參考文獻(xiàn)：1江勇.基于AT89C51的輸液遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究D昆明理工大學(xué),2007 .2許鳴宇.智能化閥門電動執(zhí)行器調(diào)速裝置的研究與開發(fā)D大連理工大學(xué),20003梁維銘，黃勁.輸液速度自動測控系統(tǒng)J廣西科學(xué)院學(xué)報(bào),2002,(04).4何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編(9)J單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,