基于AT 89C51輸液系統(tǒng)的研究

姜 敏

蘇州建設(shè)交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇蘇州 215104

輸液是臨床醫(yī)學(xué)上最常用的治療手段。病人輸液的過程中，由于病人體質(zhì)虛弱、昏迷、入睡或者醫(yī)護(hù)人員正在別處忙碌等很可能無法留意到每一個(gè)病人輸液的全過程。輸液完畢，若處理不及時(shí)，病人的血液就會(huì)因空管而倒流人輸液針管內(nèi)，時(shí)間稍長(zhǎng)使扎針處嚴(yán)重腫脹。若處理過早，即藥液還未完全輸盡就摘瓶取管則又會(huì)造成藥液的浪費(fèi)等等。本文針對(duì)上述情況，通過基于AT89C51的輸液遠(yuǎn)程監(jiān)控的方法實(shí)現(xiàn)醫(yī)院輸液情況的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)輸液數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)，以及在特殊情況下的報(bào)警。該系統(tǒng)具有使用方便、操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，特別適用于那些正常人體不宜接近的特殊場(chǎng)合。

輸液液位自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)主要由液位傳感器，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)及外圍電路、多路信號(hào)采集電路、顯示報(bào)警和網(wǎng)絡(luò)通信模塊和主站等部分組成。但系統(tǒng)又可歸為本地信號(hào)傳送模塊、從站和主站3個(gè)大的功能模塊

根據(jù)設(shè)計(jì)思路的三大功能，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)提出設(shè)計(jì)的框架如下。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)方案如所示。本監(jiān)控系統(tǒng)的供電系統(tǒng)將配合單片機(jī)AT89C2051使用，它的工作電壓在2.7V～6V之間，采集所用的光電二極管和發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)換所用的A/D芯片。因此，本電路采用單電源方案，這樣，將使電路更加簡(jiǎn)單、安全、方便。

輸液采集信號(hào)系統(tǒng)中，將采用的光電傳感器結(jié)構(gòu)。利用了光電器件把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。對(duì)于輸液系統(tǒng)而言，光電傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、可靠性較高。再通過傳感器將被測(cè)物理量變化過程的信號(hào)按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成為適于傳輸和記錄的電量（電壓或電流）信號(hào)。通過傳遞給單片機(jī)AT89C51的信號(hào)，單片機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)傳遞給護(hù)士站，使護(hù)士做出應(yīng)急響應(yīng)。

本系統(tǒng)是以AT89C2051單片機(jī)作為中央處理控制器。單片機(jī)是把組成微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件：中央處理器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、輸入/輸出接口（1/0）、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器及串行通信接口集中在一塊芯片上。AT89C2051非常適合規(guī)模不大的控制領(lǐng)域。

常用的通信方式為串行通信，并選定上位機(jī)與下位機(jī)之間采取基于CAN總線的有線異步傳輸通信方式。

當(dāng)單片機(jī)收到輸液采集信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)，需要發(fā)出報(bào)警時(shí)。本設(shè)計(jì)中光報(bào)警所使用的是在AT89C2051的P3.7腳上接一個(gè)發(fā)光二極管，當(dāng)報(bào)警信號(hào)來臨時(shí)，它發(fā)出一亮一滅閃爍信號(hào)通知護(hù)士人員。

2 輸液遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

2.1 液滴速度檢測(cè)部分設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

液滴速度檢測(cè)部分采用可見光發(fā)光管和光敏電阻作為發(fā)射和接收元件。當(dāng)有液滴滴下時(shí)，光敏電阻就由原來的低電阻狀態(tài)（約4kΩ）變?yōu)楦唠娮锠顟B(tài)（約2MΩ），由此可在光敏電阻的輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的類似于正弦波的電壓變化，再利用555集成塊中的電壓比較器將正弦波轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，送到AT89C51的T1引腳進(jìn)行計(jì)數(shù)。定時(shí)計(jì)數(shù)器T0工作于定時(shí)方式，定時(shí)時(shí)間為0.1s，再通過150次的軟件計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)15s的定時(shí)。每隔15s讀一次T1的計(jì)數(shù)值，T1所計(jì)數(shù)值的4倍就是每分鐘的計(jì)數(shù)值。這樣即能使點(diǎn)滴速度在一定時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，保證了檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，同時(shí)也可以使點(diǎn)滴速度盡快達(dá)到要求。

2.2 報(bào)警部分設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

常報(bào)警主要是針對(duì)硬件的特殊情況和軟件的邊緣問題而設(shè)置的對(duì)外的信息提示。報(bào)警系統(tǒng)的硬件電路采用的是聲光同時(shí)的立體式報(bào)警模式，以確保報(bào)警的有效性。本系統(tǒng)的報(bào)警功能為液位過低報(bào)警。

當(dāng)液面過低時(shí)，液壓有一定變化。一般醫(yī)用為每4s間隔一次。查詢液滴有無及液滴過慢時(shí)的報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)主要是通過4S定時(shí)中斷來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)有液滴時(shí)，是通過程序?qū)τ蒊NT0所傳過來的信號(hào)邊緣進(jìn)行檢測(cè)計(jì)數(shù)的，在程序中我們是利用對(duì)R4加1來實(shí)現(xiàn)對(duì)液滴計(jì)數(shù)。因此，只要在4S內(nèi)有液滴滴下R4中的值就一定會(huì)改變，在正常的輸液情況下在4S的時(shí)間內(nèi)R4的值是一定會(huì)改變的。因此，就通過判斷4S內(nèi)R4的值是否變化，來判斷在這4S的時(shí)間間隔中是否有液滴滴下，當(dāng)R4的值有變化時(shí)就說明4S內(nèi)有液滴滴下；當(dāng)判斷出R4的值沒有任何變化就說明4S內(nèi)沒有液滴滴下，給報(bào)警標(biāo)志位置1，并把單片機(jī)的P3.7腳置0和Pl.3腳置1，使它們分別驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管和蜂鳴器進(jìn)行聲光報(bào)警。

2.3 通信模塊軟件設(shè)計(jì)

對(duì)于通信模塊的程序設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)中主從機(jī)之間采用CAN總線進(jìn)行通信。CAN總線節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)主要包括3大部分：CAN節(jié)點(diǎn)初始化、報(bào)文發(fā)送和報(bào)文接收。本設(shè)計(jì)的從機(jī)主程序流程圖中串行口初始化在主模塊完成，使本機(jī)處于通訊狀態(tài)。發(fā)送子程序負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)報(bào)文的發(fā)送。發(fā)送時(shí)用戶只需將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按特定格式組合成一幀報(bào)文送入MCP2510發(fā)送緩存區(qū)中，然后啟動(dòng)MCP2510發(fā)送即可。接收子程序負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)報(bào)文的接收以及其它情況處理，接收子程序比發(fā)送子程序要復(fù)雜一些。因?yàn)樵谔幚斫邮請(qǐng)?bào)文的過程中，同時(shí)要對(duì)諸如總線脫離、錯(cuò)誤報(bào)警、接收溢出等情況進(jìn)行處理。本系統(tǒng)采用查詢接收方式。

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