智能液體點(diǎn)滴監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

1、智能液體點(diǎn)滴監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 王夢(mèng)蛟 時(shí)間:2009年05月06日 字 體: 大 中 小關(guān)鍵詞:步進(jìn)電機(jī)跳變監(jiān)控系統(tǒng)液位工作狀態(tài)     摘  要： 針對(duì)目前醫(yī)療過程中存在的問題，研制了智能液體點(diǎn)滴監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用紅外對(duì)射對(duì)儲(chǔ)液高度及點(diǎn)滴速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過構(gòu)建合理的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了主站與從站之間的可靠通信。試驗(yàn)證明，系統(tǒng)價(jià)格低廉、可靠性高。     關(guān)鍵詞： 液體點(diǎn)滴監(jiān)控；紅外檢測(cè)；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(shí)被發(fā)現(xiàn)，就會(huì)給病人造成傷害，嚴(yán)重的還會(huì)造成醫(yī)療事故。     該智能液體點(diǎn)滴監(jiān)控系統(tǒng)，可以對(duì)多床位進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并能針對(duì)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(shí)，各床位的監(jiān)控儀進(jìn)行聲光報(bào)警，并向主站發(fā)送報(bào)警信號(hào)，同時(shí)關(guān)閉輸液裝置或進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，等待護(hù)士前來處理。 1 從站設(shè)計(jì)方案 1.1 預(yù)期效果     上電后

3、，滴速記憶器自動(dòng)記憶滴速，進(jìn)入工作狀態(tài)。利用矩陣鍵盤設(shè)定滴速，然后控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)滴速調(diào)整，同時(shí)對(duì)滴速進(jìn)行檢測(cè)和LCD顯示。     可對(duì)異常情況報(bào)警并做出相應(yīng)處理：(1)當(dāng)管路堵塞時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，自動(dòng)關(guān)閉輸液器，等待護(hù)士前來處理；(2)當(dāng)?shù)嗡佼惓r(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，自動(dòng)調(diào)整滴速或等待護(hù)士處理；(3)輸液結(jié)束時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉輸液器并報(bào)警。輸液管路中應(yīng)留一部分藥液，從而給護(hù)士留出時(shí)間前來處理，也使得在需要繼續(xù)輸液時(shí)，前后輸液兼容。報(bào)警提示一段時(shí)間后，需要中斷向主站傳送的報(bào)警信號(hào)，以不妨礙其他病床輸液監(jiān)控及報(bào)警。但從站本身依舊處于報(bào)警狀態(tài)，直到手工解除或報(bào)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(jì)方案      滴速檢測(cè)采用光電傳感器，主要由紅外發(fā)射與紅外接收對(duì)管組成。當(dāng)有液滴滴下時(shí)，在輸出波形上會(huì)出現(xiàn)脈沖。通過對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，可以測(cè)出滴速。在實(shí)際測(cè)量過程中，外界光源以及輸液管管壁上的水珠等都會(huì)對(duì)計(jì)數(shù)造成干擾。檢測(cè)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(duì)誤差進(jìn)行消除。具體電路如圖2所示。     &#

5、160; 由紅外對(duì)管產(chǎn)生的不規(guī)則脈沖經(jīng)過LM339比較器進(jìn)行比較，將其轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)；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(hào)接到單片機(jī)INT0,通過中斷服務(wù)程序?qū)c(diǎn)滴進(jìn)行計(jì)數(shù)。      本系統(tǒng)中，通過步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滑輪來控制儲(chǔ)液瓶的高度實(shí)現(xiàn)滴速控制。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。電路中采用了ULN2003芯片，它是7路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器陣列組成的集電極開路(OC)輸出反向器，最大驅(qū)動(dòng)電流可以達(dá)到500mA，足以滿足步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求。      

6、0; 滴速記憶裝置選用MICROCHIP公司生產(chǎn)的24LC16作為存儲(chǔ)芯片。它是具有I2C接口的EEPROM，分為8個(gè)頁面，每頁256 B，完全滿足存儲(chǔ)空間及性能的要求3。芯片的時(shí)鐘脈沖端(SCL)接P1.2，通過內(nèi)部定時(shí)器輸出頻率為1kHz的時(shí)鐘信號(hào)，數(shù)據(jù)傳輸端(SDA)接P1.3。      余液檢測(cè)電路采用紅外對(duì)射管實(shí)現(xiàn)。將紅外對(duì)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(shí)，其輸出電平發(fā)生跳變。將輸出電平接至P1.0引腳，單片機(jī)檢測(cè)到跳變電平時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。由于液面的變化只使輸出信號(hào)跳變一次，故可以不考慮噪聲干擾。其設(shè)計(jì)電路如圖

7、4所示。當(dāng)余液液面降至警戒液位之下時(shí)，P1.0上出現(xiàn)電平跳變。        該設(shè)計(jì)中采用CAN通信方式。CAN-bus總線在通信能力、可靠性、實(shí)時(shí)性、靈活性及易用性方面有明顯優(yōu)勢(shì)，并且傳輸距離遠(yuǎn)，成本低廉4。系統(tǒng)采用PCA82C250作為CAN總線的收發(fā)器，以實(shí)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(jì)     在實(shí)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(jìn)行。在從站進(jìn)入工作狀態(tài)后，通過鍵盤設(shè)定滴速

8、，使用紅外對(duì)管檢測(cè)滴速并顯示。當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，向主站發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)處理。具體流程圖6所示。    2 主站設(shè)計(jì)方案 2.1 預(yù)期效果     主站接收從站發(fā)來的信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行記錄。當(dāng)檢測(cè)到報(bào)警信號(hào)時(shí)，主站發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并顯示異常類型。護(hù)士對(duì)于一些異常情況可以在主站進(jìn)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(hù)士姓名、藥名及用量、輸液滴速變化情況、病人信息、日期等5。 2.2 設(shè)計(jì)方案     主站的設(shè)計(jì)包括從站信號(hào)

9、收發(fā)模塊及PC機(jī)軟件設(shè)計(jì)。利用CAN收發(fā)芯片PCA82C250接收從站信號(hào)后輸入AT89C52。單片機(jī)將接收到的信號(hào)送入PC機(jī)并進(jìn)行判斷。若為異常情況信號(hào)，則發(fā)出報(bào)警。PC機(jī)軟件主要包括從站信號(hào)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(shí)分多路復(fù)用協(xié)議(TDMA)，將主機(jī)與檢測(cè)終端之間點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信轉(zhuǎn)化為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，從而有效地解決了同頻段數(shù)據(jù)沖突問題6。     每個(gè)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(jìn)行通信。

10、由主站向各終端逐個(gè)發(fā)出命令，收集監(jiān)測(cè)信息。各從站對(duì)主機(jī)發(fā)出的命令進(jìn)行響應(yīng)。若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)目標(biāo)地址與自身地址相符則響應(yīng)，否則丟棄。主機(jī)巡回檢測(cè)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(jìn)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(biāo)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(shí)表示主站，為0 時(shí)表示從站。命令號(hào)用于區(qū)分檢測(cè)還是設(shè)定，為1 時(shí)表示檢測(cè)，為0時(shí)表示設(shè)定；報(bào)警標(biāo)志用于從站傳送報(bào)警信號(hào)，默認(rèn)值為0000，表示未報(bào)警，00010011表示

11、三種異常情況，前兩位保留，方便今后擴(kuò)展。     該系統(tǒng)綜合運(yùn)用了單片機(jī)監(jiān)控技術(shù)、通信技術(shù)等。經(jīng)試驗(yàn)證明，最大誤差檢測(cè)只有2%，很好地滿足了實(shí)際應(yīng)用要求。且其具有功耗低、體積小、價(jià)格低廉、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，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(xiàn) 1 王紫婷，王瑞峰，嚴(yán)天峰.智能液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控儀J.自動(dòng)化與儀器儀表，2004(5)：48-50. 2 于匯泉，呂麗雪.普通輸液報(bào)警及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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  4 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎(jiǎng)作品選編M.北京：北京理工大學(xué)出版社，2003. 5