智能輸液速度測(cè)控裝置的研究與設(shè)計(jì)

智能輸液速度測(cè)控裝置的研究與設(shè)計(jì)

滴水和輸液是醫(yī)院常用的醫(yī)療手段。醫(yī)院在對(duì)病人進(jìn)行輸液治療過(guò)程中,需根據(jù)不同的藥物以及不同類(lèi)型的病人選擇合適的滴流速度,并對(duì)病人進(jìn)行監(jiān)護(hù)。目前,對(duì)于輸液速度的控制主要由護(hù)士憑經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)來(lái)調(diào)整滴速至合適值,存在一定的誤差。此外,在輸液過(guò)程中,需護(hù)士實(shí)時(shí)查看剩余的藥體,耗費(fèi)了大量的人力,并且當(dāng)藥輸完或輸液過(guò)程中發(fā)生阻塞時(shí),都需要患者家屬及時(shí)通知護(hù)士來(lái)進(jìn)行處理,很不方便。如果由于人為的一時(shí)疏忽,沒(méi)有及時(shí)地?fù)Q瓶或拔掉針頭,便有可能造成醫(yī)療事故。針對(duì)現(xiàn)有靜脈輸液中存在的問(wèn)題,采用光電檢測(cè)、單片機(jī)和通信技術(shù),設(shè)計(jì)了輸液速度自動(dòng)監(jiān)控裝置,它能夠輕松地實(shí)現(xiàn)對(duì)輸液滴速的控制、顯示和液體低于設(shè)定位置時(shí)的聲光報(bào)警,并通過(guò)串行口與主機(jī)相連,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制功能。該裝置的使用在增加輸液安全性的同時(shí)也減少了醫(yī)護(hù)人員的勞動(dòng)。1優(yōu)化生長(zhǎng)控制系統(tǒng)本輸液速度自動(dòng)控制裝置的設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)多種功能,具體如下:(1)可以通過(guò)鍵盤(pán)對(duì)床位號(hào)和輸液速度值進(jìn)行設(shè)置;(2)可對(duì)輸液速度進(jìn)行精確的實(shí)時(shí)檢測(cè)和顯示;(3)當(dāng)輸液速度與設(shè)定速度不相等時(shí),該裝置能通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)改變輸液瓶的高度,從而起到對(duì)輸液速度進(jìn)行調(diào)節(jié)的功能;(4)可在輸液過(guò)程中進(jìn)行人為的強(qiáng)制報(bào)警;同時(shí)當(dāng)液體低于設(shè)定位置時(shí),即輸液結(jié)束時(shí)可自動(dòng)報(bào)警;(5)能對(duì)氣泡、空液和輸液管阻塞等情況進(jìn)行異常報(bào)警。2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)2.1原位機(jī)監(jiān)控管理本系統(tǒng)由一臺(tái)PC機(jī)(主機(jī))和若干套液體點(diǎn)滴控制裝置(下位機(jī))組成。其中主機(jī)通過(guò)安裝在其上的專(zhuān)用軟件指揮和管理整個(gè)系統(tǒng)工作,通過(guò)通訊電路實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)的遠(yuǎn)程控制功能;下位機(jī)以AT89S52為核心,由點(diǎn)滴速度檢測(cè)電路、液位檢測(cè)電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、顯示與報(bào)警電路和通信模塊組成。下位機(jī)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。2.2接收管信號(hào)耦合補(bǔ)償本系統(tǒng)的滴速檢測(cè)和液位檢測(cè)功能是通過(guò)紅外光電開(kāi)關(guān)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的,該傳感器其內(nèi)部具備了紅外接收和發(fā)射裝置,因此電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,便于小型化。其形狀為U型,便于固定在液滴滴落處,它是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分,電路如圖2所示。檢測(cè)電路的工作原理是:當(dāng)無(wú)液滴滴下時(shí),接收管接收到發(fā)射管發(fā)出的紅外線信號(hào)較強(qiáng),輸出電平為高電平;當(dāng)有液滴滴下時(shí),由于液滴對(duì)紅外線的折射、漫反射、吸收和一定的散射作用,使接收管接收到的光強(qiáng)度減弱,輸出為低電平。由于在輸液過(guò)程中液位端口一直輸出低電平,當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到液位端口為高電平時(shí)就報(bào)警,提醒醫(yī)護(hù)人員對(duì)病人進(jìn)行相應(yīng)的處理。接收管接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合器,將單片機(jī)控制電路與外部檢測(cè)電路隔開(kāi),增加了系統(tǒng)各模塊的隔離度,提高了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,也使單片機(jī)的T0口獲得了較大的電壓差。當(dāng)無(wú)液滴滴下時(shí),外部計(jì)數(shù)T0口將為高電平;當(dāng)有液滴滴下時(shí),T0口為低電平,從而產(chǎn)生了下降沿觸發(fā)T0口進(jìn)行外部加1的計(jì)數(shù)。同時(shí),為了提高滴速檢測(cè)電路的靈敏度,在信號(hào)處理部分又加入了雙門(mén)限的反相輸入遲滯比較電路。由于正反饋的作用,這種比較器的門(mén)限電壓是隨著輸出電壓即LM324管腳1的電壓變化而變化的,從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。2.3電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向本模塊主要通過(guò)步進(jìn)電機(jī)改變輸液瓶的高度來(lái)自動(dòng)控制輸液速度。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的主要作用是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到輸液速度低于設(shè)定值時(shí),電機(jī)便正方向轉(zhuǎn)動(dòng),升高輸液瓶的高度,從而使輸液速度加快;反之,當(dāng)輸液速度大于設(shè)定值時(shí),電機(jī)便反方向轉(zhuǎn)動(dòng),降低輸液瓶的高度,從而使輸液速度減慢。這樣,通過(guò)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn),從而使整個(gè)輸液過(guò)程保持一個(gè)恒定的滴速。2.4數(shù)碼管控制器鍵盤(pán)及顯示電路主要完成對(duì)床位號(hào)和點(diǎn)滴數(shù)的設(shè)置,并將床位號(hào)、點(diǎn)滴數(shù)和設(shè)定好的滴速送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。系統(tǒng)采用了74LS245來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管,該芯片能驅(qū)動(dòng)8位LED顯示,使電路在硬件上較為簡(jiǎn)單且耗電少。為節(jié)省端口,鍵盤(pán)設(shè)計(jì)為行列式鍵盤(pán),顯示采用了動(dòng)態(tài)掃描。本系統(tǒng)共6個(gè)按鍵,一個(gè)多功能設(shè)置鍵,按一下進(jìn)入床號(hào)設(shè)置,按兩下進(jìn)入輸液速度設(shè)定,一個(gè)增1調(diào)節(jié)鍵,一個(gè)減1調(diào)節(jié)鍵,一個(gè)關(guān)閉報(bào)警鍵,一個(gè)緊急呼叫鍵,當(dāng)在輸液過(guò)程中遇到突發(fā)性事件時(shí),按下此鍵便能快速通知醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行處理,增加了輸液的安全性。2.5接收管電壓改變,給29c52信號(hào)當(dāng)輸液過(guò)程中有氣泡通過(guò)時(shí),紅外傳感器發(fā)射管射出的光信號(hào)由于氣泡的影響而改變了強(qiáng)度,造成接收管電壓的改變,經(jīng)放大后給89C52發(fā)出一個(gè)信號(hào),進(jìn)行異常報(bào)警。阻塞檢測(cè)電路由一個(gè)橡膠導(dǎo)管及微動(dòng)開(kāi)關(guān)組成,當(dāng)出現(xiàn)輸液阻塞現(xiàn)象時(shí),藥流入橡膠導(dǎo)管,觸動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān),微動(dòng)開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào),在89C52接到信號(hào)后,控制報(bào)警電路進(jìn)行異常報(bào)警。3軟件設(shè)計(jì)軟件是整個(gè)液滴速度控制的核心。此軟件部分主要完成滴速測(cè)量、液位檢測(cè)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制和報(bào)警等功能。系統(tǒng)軟件流程圖如圖3所示。3.1液滴數(shù)的測(cè)定此系統(tǒng)采用周期法來(lái)測(cè)量滴速,由于每滴液體在經(jīng)過(guò)光電感應(yīng)探測(cè)器時(shí)都會(huì)引起一次單片機(jī)T0口的電平變化,即產(chǎn)生一個(gè)下降沿,所以液滴產(chǎn)生的下降沿?cái)?shù)目就可認(rèn)為是所滴下的液滴數(shù)。為了增加測(cè)量精度,先測(cè)出一次5s內(nèi)的液滴數(shù),然后與第二次測(cè)出的5s內(nèi)的液滴數(shù)相加求平均數(shù),再將該平均數(shù)乘以12,便可得到1min的液滴數(shù)。滴速測(cè)試程序流程圖如4所示。3.2液位數(shù)據(jù)查詢液位檢測(cè)原理和滴速測(cè)量原理相似。當(dāng)有液體時(shí),單片機(jī)接收到紅外對(duì)管的信號(hào)為低電平,否則為高電平。利用這一原理,使單片機(jī)不斷地查詢液位信號(hào)輸入端口,從而確定是否報(bào)警。在檢測(cè)液位時(shí),為防止因震蕩而引起的液位變化,需要多次檢測(cè)比較,即加一段延時(shí)之后再次檢測(cè)液位,如果兩次檢測(cè)結(jié)果相同則單片機(jī)控制進(jìn)行聲光報(bào)警,反之則認(rèn)為是有震蕩引起的,不報(bào)警。3.3滴速與高度h的關(guān)系步進(jìn)機(jī)可通過(guò)控制對(duì)其輸入的脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù),從而達(dá)到對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)角度的控制。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn),輸液滴速V和高度h的關(guān)系:V=1.5h+1.33。鍵盤(pán)設(shè)定一個(gè)滴速后,單片機(jī)先通過(guò)設(shè)定滴速與實(shí)測(cè)滴速的差值來(lái)判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向及轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù),然后發(fā)出相應(yīng)的脈沖,對(duì)輸液瓶高度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)過(guò)程中,單片機(jī)需要不斷地對(duì)設(shè)定滴速與實(shí)測(cè)滴速進(jìn)行比較,直到達(dá)到系統(tǒng)規(guī)定的誤差范圍內(nèi)便停止調(diào)節(jié)。4可視化人機(jī)界面主站PC機(jī)通過(guò)RS232總線接收下位機(jī)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù),監(jiān)控主站系統(tǒng)是VC++6.0開(kāi)發(fā)的可視化人機(jī)圖形界面,利用VC++6.0提供的MSCOMM來(lái)完成主站與單片機(jī)之間的串口通信。主站可實(shí)時(shí)讀取監(jiān)控區(qū)各輸液點(diǎn)的滴速、剩余時(shí)間、剩余量、護(hù)理員等相關(guān)信息,同時(shí)可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行管理,也可導(dǎo)出相關(guān)的報(bào)警信息。主站監(jiān)控界面如圖5所示。5點(diǎn)速度自動(dòng)檢測(cè)本文通過(guò)輸液速度自動(dòng)控制裝置的軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸液過(guò)