【基于單片機(jī)的智能輸液服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)10000字（論文）】

基于單片機(jī)的智能輸液服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u259721緒論 緒論1.1課題背景春姑娘果然是多變的，昨天還穿短袖，今天就要穿毛衣了，經(jīng)不住天氣的變化，終于在春姑娘的細(xì)心“照料”下，我感冒了，去醫(yī)院檢查，醫(yī)生說(shuō)需要進(jìn)行靜脈輸液治療，在打點(diǎn)滴的過(guò)程中，看到有一個(gè)女孩也在注射治療，她有人在陪同，快注射完的時(shí)候，陪同的人跑到護(hù)士站叫工作人員幫女孩換藥，看到這，我就在想，像我這樣一個(gè)人來(lái)醫(yī)院注射治療，沒(méi)有陪同，如果我睡著了或者醫(yī)生離得遠(yuǎn)，聽(tīng)不到我的呼喊怎么辦。打完點(diǎn)滴回來(lái)查閱了很多資料，發(fā)現(xiàn)有這種靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)的裝置，便詳細(xì)的閱讀了一下。到現(xiàn)在為止我國(guó)現(xiàn)在社會(huì)人口老齡化的問(wèn)題比較突出。在天氣變化反復(fù)無(wú)常或者是意外得發(fā)生，人們的身體健康問(wèn)題成為國(guó)內(nèi)外共同面對(duì)的問(wèn)題。健康問(wèn)題的出現(xiàn)，避免不了使用靜脈輸液系統(tǒng)來(lái)幫助人們恢復(fù)身體健康?，F(xiàn)如今醫(yī)院各地普遍使用的都是傳統(tǒng)靜脈輸液系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行治療。傳統(tǒng)的靜脈輸液系統(tǒng)，只能通過(guò)手動(dòng)撥動(dòng)調(diào)節(jié)輸液速度開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)液滴的流速，因?yàn)槊總€(gè)人的體質(zhì)不同，能承受的液體流速也不一樣。尤其是有的病人病情必需要嚴(yán)格管制輸液液滴流速，現(xiàn)在控制液滴流速的方法只能依靠醫(yī)院工作人員的工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)調(diào)節(jié)，或是病人清醒時(shí)或有家屬陪同時(shí)，看著輸液是否完成來(lái)呼喊醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行處理，是否拔針或是加藥。這種方法十分不方便，而且當(dāng)液體輸完，沒(méi)有及時(shí)處理會(huì)導(dǎo)致輸液管空管，進(jìn)而可能會(huì)導(dǎo)致病人血液回流到空的輸液管中，嚴(yán)重時(shí)還可能會(huì)導(dǎo)致病人輸液處腫脹，甚至?xí)斐刹∪松?cái)產(chǎn)安全出現(xiàn)問(wèn)題，從而觸發(fā)醫(yī)患關(guān)系問(wèn)題。對(duì)患者來(lái)說(shuō)生命安全構(gòu)成威脅，對(duì)醫(yī)生來(lái)說(shuō)，要隨時(shí)觀察輸液情況，工作量直線上升，給他們構(gòu)成很大的壓力，也會(huì)讓他們提心吊膽，精神得不到放松，不利于接下來(lái)的工作。根據(jù)這些，我們的一些學(xué)者、工作人員便研究和發(fā)明了這種可以減輕醫(yī)生們的工作量，減少病人二次受傷的系統(tǒng)裝置，取名為智能輸液系統(tǒng)的裝置，這種裝置可以代替病人或者是病人家屬一直看著、盯著輸液是否完成呼喊醫(yī)生的工作，而且也解決了醫(yī)生工作量大、精神緊繃的問(wèn)題，使醫(yī)生們有更多的時(shí)間來(lái)解決其他病人問(wèn)題。這種裝置可以表示出輸液量的多少、輸液病床距離的遠(yuǎn)近、病人病床床位分散和不同病人的輸液狀況。省時(shí)省力，減輕醫(yī)生工作量，減少醫(yī)療事故發(fā)生尤為突出的特點(diǎn)。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀世界外各大研究學(xué)會(huì)為了減少靜脈輸液治療過(guò)程中醫(yī)院工作人員的工作強(qiáng)度，同時(shí)降低減靜脈輸液治療過(guò)程中輸液管藥液注射完，輸液管出現(xiàn)空管情況時(shí)處理不及時(shí)就有可能給患者生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)隱患的問(wèn)題，將大量的時(shí)間、金錢和精力投入到了智能監(jiān)控設(shè)備的開(kāi)發(fā)和改進(jìn)上。其實(shí)早就有類似的發(fā)明，有些不太全面不太完善，學(xué)者和研究者們都在一點(diǎn)一點(diǎn)的改善，就目前來(lái)說(shuō)靜脈輸液系統(tǒng)主要?dú)v經(jīng)了四個(gè)時(shí)代。主要是機(jī)械式的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)、電容式的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)、電極式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)跟現(xiàn)在用韻較普遍的光電式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)。以下一下稍微詳細(xì)的介紹下這四種監(jiān)控系統(tǒng)。(1)機(jī)械式的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)械式的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)的時(shí)間相對(duì)于其他監(jiān)控系統(tǒng)要早，這種系統(tǒng)主要是利用輸液過(guò)程中瓶?jī)?nèi)的藥液的逐漸減少而使得輸液瓶瓶身重量變輕，也就是使用稱量物體重量的方法來(lái)計(jì)算檢測(cè)測(cè)量輸液瓶?jī)?nèi)的藥余量地變化，然后達(dá)到此監(jiān)控系統(tǒng)的目的。但是又因?yàn)樗幰翰煌亓恳簿筒煌?，輸液瓶得制造材質(zhì)不同，重量也不同所出現(xiàn)的計(jì)算不精確的好多問(wèn)題。(2)電容式的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)每一樣?xùn)|西的問(wèn)世，總是會(huì)有不足，機(jī)械式的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)的問(wèn)世滿足不了學(xué)者最初的愿景，因?yàn)槠溥€存在許多問(wèn)題，所以電容式的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)便被發(fā)明出來(lái)了，它的工作原理是由于輸液過(guò)程中藥液液體在輸液瓶中的液面慢慢低降低，更具輸液瓶中的電容長(zhǎng)度變化，檢測(cè)瓶?jī)?nèi)液體剩余。兩種監(jiān)控系統(tǒng)相比較下，電容式的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)用性跟準(zhǔn)確性都得到了大大地程度的提升，可還是存在因?yàn)檩斠浩看笮〔灰?、輸液瓶材質(zhì)的問(wèn)題導(dǎo)致的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問(wèn)題。(3)電極式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)電極式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)的問(wèn)世相比前兩種的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)的方式準(zhǔn)確性得到了相對(duì)更進(jìn)一步的提高和改善，同時(shí)，設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單尤其是可操作性很強(qiáng)大。它的原理就是將電極插入莫菲式管之中，利用藥液液體下落過(guò)程帶給電極極性中斷得影響，從而達(dá)到對(duì)病人輸液點(diǎn)滴過(guò)程中輸液瓶?jī)?nèi)藥液所剩量進(jìn)行監(jiān)控檢測(cè)的目的?？墒撬€是存在一些問(wèn)題，也是一個(gè)很重要的問(wèn)題，就是它要插在藥液之中，在衛(wèi)生安全方面不達(dá)標(biāo)。(4)光電式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)由于以上問(wèn)題的出現(xiàn)，學(xué)者們又一一攻破，研發(fā)創(chuàng)造了光電式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)，光電式靜脈輸液監(jiān)測(cè)法是就如今而言學(xué)者們比較滿意，國(guó)內(nèi)外各大醫(yī)院更加愿意采用的一種監(jiān)控方法，它集齊了以上是三種方式得幾乎所有有點(diǎn)，不論是在衛(wèi)生上還是可操作性上都比較安全和強(qiáng)大，準(zhǔn)確性也相對(duì)來(lái)說(shuō)比較準(zhǔn)，使用方法簡(jiǎn)單方便等等特點(diǎn)。原理是在電極式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)下在莫菲式管的外壁兩面安上了一對(duì)紅外對(duì)管，讓它來(lái)接收信號(hào)和發(fā)射信號(hào)，當(dāng)輸液液滴在下落過(guò)程中阻礙或是中斷了紅外對(duì)管的信號(hào)交流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生較弱的電信號(hào)，然后再對(duì)這個(gè)所接收的電信號(hào)進(jìn)行放大處理后得到輸液液滴的實(shí)時(shí)流速，在通過(guò)一些計(jì)算系統(tǒng)就可以對(duì)瓶中的藥液液體體積余量進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。[1]在參考和借鑒學(xué)者們發(fā)明的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)的原理和經(jīng)驗(yàn)下，本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)將采用四種是相比較下較為優(yōu)秀的光電式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)。但是因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)中涉及到的藥物的種類不同，有些藥品的物理特性不可見(jiàn)光，所以本次設(shè)計(jì)決定利用紅外線對(duì)靜脈輸液的液滴信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)光電式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)中紅外對(duì)管發(fā)射接收信號(hào)，然后再把其中的電信號(hào)進(jìn)行放大處理的方法，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠處理分析的二進(jìn)制電平。利用這種方法，實(shí)現(xiàn)了本次畢業(yè)實(shí)際實(shí)驗(yàn)中對(duì)液體的動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)的目的。由于時(shí)代的不停發(fā)展，光電式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)儀器也在不斷地發(fā)展，主要形成了無(wú)線光電式數(shù)據(jù)傳送和有線光電式數(shù)據(jù)傳送兩種傳送方式。有線光電式數(shù)據(jù)傳輸在實(shí)際的過(guò)程中會(huì)有許多阻礙和困難，所以經(jīng)過(guò)深思熟慮以后決定本次實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用更加簡(jiǎn)潔方便的無(wú)線通訊技術(shù)來(lái)完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案計(jì)2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)此次的設(shè)計(jì)如課程題目所示，基于單片機(jī)的情況下，單片機(jī)將采納的型號(hào)為STM32。通過(guò)紅外對(duì)管對(duì)輸液液體瓶?jī)?nèi)藥液進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，得到數(shù)據(jù)后傳送給單片機(jī)，然后單片機(jī)根據(jù)輸液液體速度來(lái)計(jì)算監(jiān)控當(dāng)前輸液瓶中藥液液體剩余量，當(dāng)液體體積<20mL時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)檢測(cè)到，這時(shí)蜂鳴器就會(huì)發(fā)聲報(bào)警；當(dāng)輸液藥瓶?jī)?nèi)液滴速度>100滴/min或<10滴時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)檢測(cè)到，蜂鳴器就會(huì)發(fā)聲報(bào)警，提醒醫(yī)護(hù)人員手動(dòng)調(diào)整滴速到合適速度。當(dāng)然還會(huì)有一種情況，就是當(dāng)紅外對(duì)管檢測(cè)找不到有輸液液滴穿過(guò)的時(shí)候，速度異常指示燈也會(huì)長(zhǎng)亮，因?yàn)樵O(shè)計(jì)系統(tǒng)系統(tǒng)默認(rèn)認(rèn)為此時(shí)液滴速度是0。一鍵報(bào)警相信大家一目了然，在緊急情況下可以通過(guò)按下一鍵報(bào)警按鈕來(lái)觸發(fā)報(bào)警。報(bào)警信息通過(guò)采集端報(bào)警模塊發(fā)出，再由中心報(bào)警端接收，由中心報(bào)警端的單片機(jī)處理，將報(bào)警信息投視放在液晶屏上，通知醫(yī)院相關(guān)人員，兩者的聲光報(bào)警是同時(shí)進(jìn)行的，醫(yī)生在得知報(bào)警信息后再通過(guò)中心報(bào)警系統(tǒng)來(lái)取消報(bào)警。同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)還將實(shí)時(shí)檢測(cè)瓶?jī)?nèi)藥液的溫度，根據(jù)病人輸入不同藥液，可自動(dòng)加熱藥液，使病人輸入藥液效果更好。2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及流程圖圖SEQ圖\*ARABIC1系統(tǒng)程序框圖系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程框圖如REF_Ref10751\h圖1系統(tǒng)程序框圖所示。系統(tǒng)的構(gòu)建就必須要有各部分功能組件，就是信號(hào)采集部分跟中心報(bào)警部分。信號(hào)采集部分：電源模塊、輸液液滴檢測(cè)模塊、無(wú)線傳輸模塊(NRF2401)、LCD1602顯示模塊、參數(shù)設(shè)定模塊、報(bào)警模塊、溫度檢測(cè)模塊。中心報(bào)警模塊跟信號(hào)采集部分的組成部分大致相同，除掉輸液液滴檢測(cè)模塊、參數(shù)設(shè)定模塊就是他了。它的主要作用，是通過(guò)無(wú)線模塊接收多個(gè)采集端發(fā)送地報(bào)警信號(hào)再通過(guò)這個(gè)中心報(bào)警處理后，再由STM32處理并發(fā)出對(duì)應(yīng)的報(bào)警，這時(shí)中心報(bào)警處的顯示屏就會(huì)在醫(yī)生值班室顯示出病人報(bào)警的位置，方便醫(yī)生即使處理。信號(hào)采集模塊和中心報(bào)警模塊都是由NRF2401進(jìn)行無(wú)線通信。主要是因?yàn)檫@個(gè)它可實(shí)現(xiàn)多對(duì)一信號(hào)地傳輸，這樣我們不管有幾個(gè)床位和幾個(gè)病房，只用一個(gè)中心報(bào)警就可以作到報(bào)警啦。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)型號(hào)選擇STM32作為最小處理器，擁有著高速化的處理能力（時(shí)鐘頻率可高達(dá)72兆赫茲），其芯片內(nèi)部集成的外設(shè)接口資源十分豐富，如集成定時(shí)器，符合CAN2.0標(biāo)準(zhǔn)的CAN控制器模塊以及64k的Flash，ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器），SPI（串行外設(shè)接口），I2C(支持SMBus/PMBus)，USB，UART（支持ISO7816接口，LIN，IrDA接口和調(diào)制解調(diào)控制）等多種功能。其自帶電壓穩(wěn)壓芯片，方便進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，5V可以用MircoUSB接口接入，或者由排針標(biāo)志5V接入，采用的是SWD調(diào)試接口，該接口3接口就能完成調(diào)試下載任務(wù)。STM32F103C8T6芯片可以仿真63K程序空間,以及64K的16位地址空間來(lái)使用,全部64K的16位地址空間，可以仿真32條I/O腳，使用C51C語(yǔ)言進(jìn)行調(diào)試，所有變量觀察都可以方便地進(jìn)行,把鼠標(biāo)放在某一個(gè)變量上就會(huì)出現(xiàn)它此時(shí)的值，支持0到40兆赫茲的晶振頻率，體積小，插入板中方便。本次設(shè)計(jì)選用的STM32單片機(jī)的型號(hào)為STM32F103C8T6。STM32代表英國(guó)Acorn有限公司設(shè)計(jì)的Cortex-M內(nèi)核的32位微控制器。F代表芯片子系列。103代表增強(qiáng)型系列。C代表48腳。8代表內(nèi)嵌64K字節(jié)Flash的容量。T代表LQFP（Low-profileQuadFlatPackage薄的四方扁平式封裝技術(shù)）封裝。6代表-40——85℃范圍內(nèi)正常工作。其最小系統(tǒng)如所示。圖SEQ圖\*ARABIC2STM32最小系統(tǒng)3.2無(wú)線通訊模塊設(shè)計(jì)3.2.1無(wú)線通訊元器件選擇元器件的選擇，NRF2401為此次無(wú)線收發(fā)器，設(shè)計(jì)需要其有以下幾個(gè)特點(diǎn)，第一，傳輸數(shù)據(jù)以及接受數(shù)據(jù)反應(yīng)要迅速；第二，接收器的個(gè)頭要盡可能縮??；第三，功耗要相對(duì)小。NRF24L01性價(jià)比較高并且比較滿足本次設(shè)計(jì)的基本需求，容易上手，范圍廣。故用它。REF_Ref14519\h表1T5743與NRF24L01功能參數(shù)比較，REF_Ref14526\h表2NRF24L01引腳功能表。表SEQ表\*ARABIC1T5743與NRF24L01功能參數(shù)比較芯片類型T5743nRF24L01電流功耗（掉電模式）9.0mA900nA正常工作的溫度范圍-40℃～125℃-40℃～80℃數(shù)據(jù)傳輸速率32b/s1Mbps/s功率范圍7-10dBm-18～0dBm表SEQ表\*ARABIC2NRF24L01引腳功能表引腳編號(hào)名稱引腳功能詳細(xì)描述1CE數(shù)字輸入RX或TX模式選擇2ANT1天線天線接口13XC1模擬輸入晶體振蕩器1腳/外部時(shí)鐘輸入腳4VDD電源電源(+3V)5IRQ數(shù)字輸出可屏蔽中斷腳6MOSI數(shù)字輸入從SPI數(shù)據(jù)輸入腳7VDD-PA電源輸出給RF的功率放大器提供的+1.8V電源8CSN數(shù)字輸入SPI片選信號(hào)9SCK數(shù)字輸入SPI時(shí)鐘10MOSI數(shù)字輸入從SPI數(shù)據(jù)輸入腳11MISO數(shù)字輸出從SPI數(shù)據(jù)輸出腳12XC2模擬輸出晶體振蕩器2腳NRF24L01由四種工作模式，如下REF_Ref14621\h表3NRF24L01的工作模式表所示。表SEQ表\*ARABIC3NRF24L01的工作模式表模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器狀態(tài)接收模式111發(fā)射模式101數(shù)據(jù)在TXFIFO寄存器中發(fā)射模式101→0停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完待機(jī)模式1101TXFIFO為空待機(jī)模式21-0無(wú)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綦?3.2.2無(wú)線通訊電路設(shè)計(jì)及連接分布將單片機(jī)的PB4-PB9將與無(wú)線模塊的6個(gè)端口實(shí)行連接，其代表的符號(hào)分別為圖中3到8所對(duì)應(yīng)的字符。無(wú)線模塊處于正常發(fā)送時(shí)，CE處于高電平，CSN處于低電平時(shí)，使能就會(huì)輸出；如果不是使能就沒(méi)有輸出。具體電路設(shè)計(jì)如REF_Ref3572\h圖3NRF2401電路圖所示。圖SEQ圖\*ARABIC3NRF2401電路圖3.3滴速檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)及連接分布滴速檢測(cè)模塊選用紅外對(duì)管作為檢測(cè)元件，此材料主要是因?yàn)槠涮攸c(diǎn)就是僅對(duì)紅外線相對(duì)比較敏感，對(duì)其它的可見(jiàn)光不怎么敏感，然后在通常情況下它的體積相對(duì)來(lái)說(shuō)體積都相對(duì)較小的，安裝使用也比較方便快捷，紅外對(duì)管的應(yīng)用領(lǐng)域比較尋常，比較普及。我需要一個(gè)電信號(hào)，將它傳入單片機(jī)中，這個(gè)紅外對(duì)管可以滿足設(shè)計(jì)的要求，它可把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，所以就選用了它。本次設(shè)計(jì)選用的LM358芯片共有8個(gè)引腳。這個(gè)芯片里面有2組放大電路，我這次的靜脈輸液系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用了5、6、7這3個(gè)引腳，作用就是為了放大紅外對(duì)管檢測(cè)到得電信號(hào)，紅外對(duì)管發(fā)出一個(gè)電信號(hào)到5號(hào)引腳，經(jīng)過(guò)放大電路把她放大以后再?gòu)?號(hào)引腳出來(lái)給單片機(jī)相對(duì)應(yīng)的引腳。滴速檢測(cè)電路由信號(hào)放大電路以及液滴檢測(cè)電路兩部分構(gòu)成。其中信號(hào)放大電路顧名思義，其作用就是放大，把接收到的信號(hào)進(jìn)行放大處理，本次設(shè)計(jì)選用的LM358芯片共有8個(gè)引腳。這個(gè)芯片里面有2組放大電路，我這次的靜脈輸液系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用了5、6、7這3個(gè)引腳，作用就是為了放大紅外對(duì)管檢測(cè)到得電信號(hào)，紅外對(duì)管發(fā)出一個(gè)電信號(hào)到5號(hào)引腳，經(jīng)過(guò)放大電路把信號(hào)放大以后再?gòu)?號(hào)引腳出來(lái)給單片機(jī)相對(duì)應(yīng)的引腳。模塊中的電容與電阻并聯(lián)然后就構(gòu)建出了我要的負(fù)反饋電路。電路自激就是經(jīng)過(guò)所設(shè)計(jì)的并聯(lián)電路來(lái)減少、降低，保證交流信號(hào)能夠成功傳輸?shù)诫娐分?，到最后還要依靠電位器來(lái)調(diào)節(jié)放大電路放大系數(shù)來(lái)滿足設(shè)計(jì)的需求。REF_Ref3745\h圖4滴速檢測(cè)電路是這個(gè)模塊的電路設(shè)計(jì)以及連接分布。圖SEQ圖\*ARABIC4滴速檢測(cè)電路3.4顯示電路設(shè)計(jì)以及連接分布本次設(shè)計(jì)選用的顯示元件是LCD1602,LCD1602顯示芯片是可以直觀顯示我們所需要的數(shù)據(jù)，文字形式或字母形式，達(dá)到本次設(shè)計(jì)的要求，它滿共有一十六個(gè)針腳，不過(guò)本次的設(shè)計(jì)只運(yùn)用了其中的3個(gè)引腳，分別是為：使能信號(hào)（E）；讀寫選擇（R/W），高效低耗能，高效讀取信息，低耗執(zhí)行操作；數(shù)據(jù)命令選擇器（RS）。跟（R/W）優(yōu)圖SEQ圖\*ARABIC5LCD1602顯示電路點(diǎn)差不多，但它也作指令的寄存器。顯示屏的D0-D7以此使用單片機(jī)的PA0-PA的引腳來(lái)進(jìn)行連接，此外單片機(jī)的引腳PB0對(duì)RS，引腳PB10對(duì)RW，引腳PB11對(duì)E連接。用PA0口將數(shù)據(jù)及時(shí)輸送到顯示屏中，液晶屏就會(huì)把信息辨識(shí)出來(lái)并顯現(xiàn)。圖中3rd引腳是對(duì)顯示屏的對(duì)比度調(diào)整，還要靠著電位器來(lái)調(diào)節(jié)它的對(duì)比度，系統(tǒng)中依靠PB11與4th引腳連接作用是對(duì)其中的寄存器選擇調(diào)控，使用PB10與5th引腳來(lái)調(diào)控顯示屏中的讀寫信號(hào)線，然后再擁PB0來(lái)調(diào)控顯示屏中的液晶使能端，然后再把單片機(jī)的I/O口與顯示器中的雙向數(shù)據(jù)端進(jìn)行連接，REF_Ref4036\h圖5LCD1602顯示電路就是顯示電路以及連接分布。3.5按鍵電路設(shè)計(jì)以及連接分布按鍵電路有4個(gè)按鈕，REF_Ref17531\h圖7按鍵電路為其電路連接，S1是滴速閾值++，S2是滴速閾值--，顧名思義按下這個(gè)兩個(gè)按鍵可以根據(jù)需求調(diào)整滴速，每按一下閾值增加或減少1滴/min。S3是溫度設(shè)定，通過(guò)這個(gè)按鍵可以設(shè)置輸液溫度。S4是用來(lái)報(bào)警的按鈕，按下就可以到達(dá)報(bào)警目的。圖6為按鍵電路圖以及連接分布。單片機(jī)PB12對(duì)按鍵S1、PB13對(duì)按鍵S2、PB14對(duì)按鍵S3、PB15對(duì)按鍵S4，當(dāng)按鍵被按壓下使，端口的電平由高電平轉(zhuǎn)變成為低電平，單片機(jī)接收到這一信號(hào)變化就可以讀懂指令并能夠做出對(duì)應(yīng)的功能。中心報(bào)警板上有兩個(gè)按鈕，就是系統(tǒng)復(fù)位鍵和取消報(bào)警鍵。圖SEQ圖\*ARABIC6按鍵電路3.6聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)以及連接分布這次的聲光報(bào)警電路是由三極管、蜂鳴器、電阻、電容和一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成。報(bào)警電路設(shè)計(jì)以及連接分布圖如REF_Ref15950\h圖7報(bào)警電路所示。當(dāng)無(wú)線傳輸模塊收到信號(hào)后，信號(hào)發(fā)到單片機(jī)，然后再處理發(fā)出，也是通過(guò)一個(gè)高低電平的變化來(lái)完成系統(tǒng)操作。圖SEQ圖\*ARABIC7報(bào)警電路3.7電源電路設(shè)計(jì)以及連接分布為了簡(jiǎn)單、安全、可操作性強(qiáng)，將運(yùn)用大家長(zhǎng)見(jiàn)的USB數(shù)據(jù)線供電，一端插在電腦的5V上，一端給電源模塊。經(jīng)過(guò)變換后輸出3.3V電壓，給STM32單片機(jī)和無(wú)線模塊供電。具體電路設(shè)計(jì)如REF_Ref16018\h圖8電源電路所示。圖SEQ圖\*ARABIC8電源電路3.8溫度檢測(cè)模塊以及連接分布本次設(shè)計(jì)的溫度采集模塊，智能輸液服務(wù)系統(tǒng)使用的溫度檢測(cè)采用的溫度傳感器是DS18B20。在該系統(tǒng)中這種溫度傳感器的接線方式更容易讓大多數(shù)的人接受，比較容易學(xué)會(huì)，通過(guò)調(diào)查可以知道這種溫度檢測(cè)器可以在很多檢測(cè)溫度的地方都可以用到。通過(guò)對(duì)這種溫度傳感器調(diào)查應(yīng)用的地方比較廣泛，比如可以用在燈光源環(huán)境測(cè)溫也可以使用在機(jī)房測(cè)溫等多種非極限溫度場(chǎng)合。這種溫度傳感器可以根據(jù)工作的地點(diǎn)的不同來(lái)改變溫度傳感器的外觀，溫度傳感器有很多種其中管道式和不銹鋼式以及磁鐵吸附式運(yùn)用的范圍比較廣。這種溫度傳感器的特點(diǎn)有以下幾種，第一個(gè)特點(diǎn)就是體積比較??；第二個(gè)特點(diǎn)就是成本比較低；第三個(gè)特點(diǎn)就是抗干擾能力比較強(qiáng)；第四個(gè)特點(diǎn)就是這種溫度傳感器使用起來(lái)比較方便，封裝的樣式可以根據(jù)不同的場(chǎng)合來(lái)改變封裝的形式，適合工作在任何的設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域.在工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的各種控制現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)常需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的溫度信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和控制，以前用的比較廣是熱敏電阻，近年來(lái)使用溫度傳感器DS18B20得到了廣泛的應(yīng)用，這種溫度傳感器的優(yōu)點(diǎn)就是與單片機(jī)連接就需要一根線，操作比較簡(jiǎn)單，且編程就可以對(duì)其控制。還有就是該芯片的測(cè)溫范圍是-55℃到+125℃，固有測(cè)溫誤差1℃。DS18B20一共有3個(gè)引腳，1引腳為地GND,2引腳是數(shù)字信號(hào)的輸入和輸出DQ，3引腳為外接供電電源VDD。溫度傳感器的電路圖設(shè)計(jì)連接如REF_Ref5355\h圖9DS18B20電路圖所示。1引腳GND接地，3引腳VDD接+5V電源，2引腳DQ與單片機(jī)的PC13連接，再連接一個(gè)10K的上拉電阻。圖SEQ圖\*ARABIC9DS18B20電路圖3.9加熱裝置電路以及連接分布本次設(shè)計(jì)采用的加熱裝置是陶瓷PTC熱敏電阻，跟一些傳統(tǒng)的加熱裝置相比，其具有沒(méi)有明火、溫度提升迅速、發(fā)熱程度易調(diào)節(jié)、安全性高、受外界影響較小等優(yōu)點(diǎn)。PTC熱敏電阻的工作電壓為220V，工作電流較大，STM32單片機(jī)無(wú)法直接控制加熱裝置的通斷。在這里需要使用一個(gè)固態(tài)繼電器來(lái)控制加熱裝置的通斷。同時(shí)，由于STM32單片機(jī)的I/O口的驅(qū)動(dòng)電流較小，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)繼電器工作，因此需要在單片機(jī)I/O口后面連接一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片（ULN2003）來(lái)提高驅(qū)動(dòng)電流。單片機(jī)對(duì)繼電器進(jìn)行控制時(shí)需要采用低電平驅(qū)動(dòng)方式，增加I/O口的驅(qū)動(dòng)能力，所以在I/O口后再連接一個(gè)反相器74LS14。單片機(jī)通過(guò)I/O口的輸出控制繼電器的開(kāi)合，當(dāng)繼電器的開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，晶閘管的門極觸發(fā)電路導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通，220V的交流電壓直接作用于PTC陶瓷發(fā)熱元件，開(kāi)始對(duì)輸液管內(nèi)藥液進(jìn)行加熱。電路如REF_Ref17919\h圖10加熱裝置電路所示。圖SEQ圖\*ARABIC10加熱裝置電路當(dāng)單片機(jī)接收到來(lái)自溫度傳感器DS18B20檢測(cè)的溫度后，與預(yù)先設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，如果當(dāng)前溫度低于設(shè)定溫度，則接通繼電器使PTC加熱裝置開(kāi)始工作，如果當(dāng)前溫度高于設(shè)定溫度，則斷開(kāi)。3.10信號(hào)采集板電路設(shè)計(jì)以及連接分布以本次設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)為主，電路圖和連接分布如REF_Ref17083\h圖3信號(hào)采集板電路所示。STM32的PB12-PB15的四個(gè)點(diǎn)分別與S1、S2、S3、S4四個(gè)按鍵一一對(duì)應(yīng)，其中S1表示滴速閾值++，S2表示滴速閾值--，S3表示藥瓶規(guī)格選擇，S4表示一鍵報(bào)警；滴速檢測(cè)電路中，PB11與靜脈輸液液滴檢測(cè)7引腳輸出信號(hào)OUT相連；電容C10與C11是容量20pF的起振電容，電容產(chǎn)生了震蕩電流而后產(chǎn)生了設(shè)計(jì)所需時(shí)鐘信號(hào)；設(shè)計(jì)的這個(gè)系統(tǒng)復(fù)位電路跟RST連接，它的存在不僅可以穩(wěn)定電路，還可以提高這個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性；VCC接經(jīng)變換后的3.3V電源，GND表示接地。PB5引腳對(duì)CE，PB6引腳對(duì)CSN對(duì)，PB7引腳對(duì)SCK，PB8引腳對(duì)MOSI，PB9引腳對(duì)MISO，P10引腳對(duì)IRQ,它們6個(gè)來(lái)自無(wú)線模塊。圖SEQ圖\*ARABIC11信號(hào)采集單片機(jī)外圍接口系統(tǒng)想要運(yùn)行前要將顯示屏初始化或者是格式化，這樣可以降低誤差，同時(shí)保證系統(tǒng)正常，系統(tǒng)處于正常運(yùn)作時(shí)，每一個(gè)LED指示燈也都是處于正常狀態(tài)下，當(dāng)有人按下報(bào)警鍵以后，單片機(jī)PA8與PB12為低電平，晶體管就打通了，蜂鳴器就會(huì)發(fā)聲報(bào)警。單片機(jī)PA9口為高電平時(shí)二極管就會(huì)持續(xù)發(fā)光。這種狀態(tài)時(shí)無(wú)限接收器中的CSN為低電平，使能端是輸出狀態(tài)，CE為高電平，此時(shí)會(huì)立刻傳出報(bào)警信號(hào)。輸液液滴流速的檢測(cè)原理是：液滴落下經(jīng)過(guò)紅外對(duì)管，產(chǎn)生一個(gè)特定的脈沖信號(hào)，信號(hào)傳輸?shù)叫酒?，?duì)應(yīng)的指示燈發(fā)光二極管也將不亮，也就是說(shuō)此時(shí)紅外對(duì)管已經(jīng)接收到了信號(hào)。隨后把數(shù)字信號(hào)傳入PB11引腳當(dāng)中。再由系統(tǒng)計(jì)算，將計(jì)算所得數(shù)據(jù)投入到顯示屏中，進(jìn)行顯示。而在當(dāng)輸液液滴流速的實(shí)際速度異常時(shí)，單片機(jī)P9會(huì)立馬發(fā)射出1個(gè)高電平，這個(gè)高電平的出現(xiàn)就會(huì)讓發(fā)光二極管亮，PA8的接口為高電平時(shí)，整個(gè)晶體管就會(huì)敞開(kāi)被接通，蜂鳴器就會(huì)響，就是說(shuō)發(fā)出報(bào)警了。3.11中心報(bào)警板電路設(shè)計(jì)以及連接分布當(dāng)患者在輸液過(guò)程中出現(xiàn)異常情況時(shí)，需要及時(shí)提醒醫(yī)生前往查看，這時(shí)就需要在護(hù)士站設(shè)置一個(gè)中心報(bào)警電路，這次用到的單片機(jī)還是本次課題重中之重的STM32，借助于無(wú)線傳輸接收模塊輸送過(guò)來(lái)的信息進(jìn)行判別和解析，REF_Ref9920\h圖12中心報(bào)警單片機(jī)外圍接口就是設(shè)計(jì)思路電路圖以及連接圖。圖SEQ圖\*ARABIC12中心報(bào)警單片機(jī)外圍接口單片機(jī)PA9口接蜂鳴器，PB14連接警示燈，PB15連接取消報(bào)警按鍵。PA0-PA7對(duì)應(yīng)接液晶顯示屏的幾個(gè)引腳，PB0、PB1、PB10對(duì)應(yīng)LCD1602的RS、RW和E接口，圖上有詳細(xì)連接。單片機(jī)PB4-PB9引腳與無(wú)線通訊模塊的6個(gè)引腳一一對(duì)應(yīng)，XTAL跟晶振連到一起。通俗來(lái)講這個(gè)系統(tǒng)的作用就是顯示采集到報(bào)警信號(hào)，然后再液晶屏上表達(dá)出來(lái)，告訴報(bào)警位置，提醒醫(yī)護(hù)人員快速準(zhǔn)確找到病人所在位置。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1輸液系統(tǒng)總流程圖信號(hào)采集模塊單片機(jī)通電開(kāi)機(jī)后，進(jìn)行系統(tǒng)各模塊的初始化操作，初始化內(nèi)容都包括設(shè)置定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、LCD1602屏、無(wú)線通信模塊等的初始化設(shè)置，初始化完成后，單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。首先是進(jìn)入鍵盤掃描子程序，通過(guò)鍵盤輸入自己設(shè)定的輸液滴速值、輸液溫度值和輸液患者編號(hào)，輸入工作完成后采集輸液信號(hào)的單片機(jī)開(kāi)始正常地監(jiān)控各輸液參數(shù)，實(shí)時(shí)地采集當(dāng)前輸液管的滴速值和輸液溫度值，并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信的方式發(fā)送至中心報(bào)警模塊的單片機(jī)中。當(dāng)一旦發(fā)生異常情況（如輸液完成、點(diǎn)滴滴速異常）時(shí)，首先可以判斷當(dāng)前輸液是否完成，若紅外檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)不到液滴信號(hào)，并且檢測(cè)到輸液管內(nèi)的藥液高度低于設(shè)置的警戒高度，則可以判斷此種情況為輸液即將完成，否則可以判斷為發(fā)生輸液管堵塞等需要處理的緊急情況，中心報(bào)警模塊的單片機(jī)發(fā)出警報(bào)信號(hào)，同時(shí)在LCD1602的顯示屏顯示出現(xiàn)異常情況患者的位置，提醒醫(yī)生立刻前往處理。圖SEQ圖\*ARABIC13系統(tǒng)主流程圖4.2LCD1602程序設(shè)計(jì)流程圖首先要把顯示屏初始化，然后看顯示屏是否處于忙碌狀態(tài)，若不是，則設(shè)置顯示位置，傳入要顯示的數(shù)據(jù)，若是，則等待，如REF_Ref16208\h圖14LCD1602程序設(shè)計(jì)流程圖所示。圖SEQ圖\*ARABIC14LCD1602程序流程圖4.3溫度控制模塊程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)上電復(fù)位之后，首先要初始化數(shù)字溫度傳感器DS18B20，之后讀取醫(yī)生通過(guò)按鍵設(shè)定好的藥液溫度，然后等待傳感器檢測(cè)當(dāng)前藥液溫度。在接收到讀取溫度命令后，DS18B20通過(guò)數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端DQ將溫度轉(zhuǎn)換值傳送給單片機(jī)。系統(tǒng)每隔ls讀取一次溫度傳感器轉(zhuǎn)換的溫度值，計(jì)算DS18B20檢測(cè)的藥液溫度與醫(yī)生設(shè)定的溫度之差，然后再?zèng)Q定繼電器控制加熱裝置的接通或斷開(kāi)。單片機(jī)將接收到的當(dāng)前藥液溫度與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，根據(jù)要求規(guī)定輸液溫度控制精度為設(shè)定溫度士2℃，如果測(cè)得的當(dāng)前藥液溫度與設(shè)定的溫度差值小于2，則繼電器保持原來(lái)的狀態(tài)不變;如果兩者的差值大于2，則要通過(guò)單片機(jī)控制繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)PTC熱敏電阻電源的通斷，此時(shí)就需要再比較該差值是否大于0，如果該差值大于0，則需要單片機(jī)控制繼電器斷開(kāi)PTC熱敏電阻的電源，防止藥液過(guò)熱，如果該差值小于0，則通過(guò)單片機(jī)控制繼電器打開(kāi)PTC熱敏電阻，對(duì)輸液管里的藥液進(jìn)行加熱。溫度檢測(cè)和控制流程圖如REF_Ref10852\h圖15溫度控制模塊程序設(shè)計(jì)所示。圖SEQ圖\*ARABIC15溫度控制模塊程序設(shè)計(jì)4.4接收模式總流程圖操作開(kāi)始運(yùn)行，首先先要將系統(tǒng)初始化，主循環(huán)開(kāi)始，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，查看是否收到一幀NRF24L01的數(shù)據(jù)，若是，根據(jù)收到的數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)的報(bào)警LED燈閃爍。不是的話，檢查看看按鈕是不是被按下，若沒(méi)有，消除對(duì)應(yīng)的報(bào)警標(biāo)志位，并且對(duì)應(yīng)的報(bào)警LED燈滅。若有，報(bào)警信息被顯示液晶屏上，并進(jìn)行下一次系統(tǒng)循環(huán)，如REF_Ref16270\hREF_Ref11326\h圖16中心報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)所示。圖SEQ圖\*ARABIC16中心報(bào)警模塊程序流程圖參考文獻(xiàn)[1]李君霖.靜脈輸液無(wú)人陪護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].江西:江西理工大學(xué),2012[2]朱永興.紅外點(diǎn)滴報(bào)警系統(tǒng)的研制[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2011[3]張丹彤.基于單片機(jī)的高校教室照明節(jié)能智能控制系統(tǒng)研究[J].先進(jìn)材料研究,2014,24(11):5～8[4]祁偉.單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2007[5]何建新,高勝東.數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2012[6]黃熙.一種智能輸液系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研制[J].醫(yī)療裝備,2020,33(19):16～17.[7]何希才.新型集成電路應(yīng)用實(shí)例[M].電子工業(yè)出版社,2002[8]肖世金,張濤,盧涵宇.基于單片機(jī)的智能點(diǎn)滴輸液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2020,16(18):211～213.[9]王穎,陳淑琴等.靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)在優(yōu)質(zhì)護(hù)理服務(wù)中的應(yīng)用[J].解放軍護(hù)理雜志,2012,29(06):73～74[10]李水峰,袁仲鳴,陳文奕,杜宇上.基于STM32智能醫(yī)療輸液監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2018,26(05):62～65.[11]劉冰，吳濤.單片機(jī)在可控硅調(diào)光電路中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].應(yīng)用力學(xué)與材料,2013,21(16):4～5[12]陳仁,霍建振,張豐,李順霖,謝印忠,張安彩.智能無(wú)線輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作,2020(09):24～33.[13]JiangZhihai,HuangYuqing,LiuLianxin.PrincipleandApplicationofSingleChipMicrocomputer[M].Xi'an:UniversityofElectronicScienceandTechnologyPress,2013[14]WangYiwang,Army,ZhangChengcheng,ChenHai.DesignofIntelligentInfusionMonitoringSystemBasedonWirelessSensorNetwork[J].MeasurementandControlTechnology,2015,34(11):64～66[15]ShenJianhua,YangYanqin,ZhaiXiaoshu.PrincipleandApplicationof16-bitUltra-lowPowerSingleChipMicrocomputerinMSP430Series[M].Beijing:TsinghuaUniversityPress,2004附錄Ⅰ電路原理圖1信號(hào)采集板電路原理圖2中心報(bào)警板電路原理圖附錄Ⅱ部分程序清單#include"delay.h"