液體點滴速度自動控制裝置設(shè)計

摘要：目前，許多醫(yī)院普通病房患者靜脈輸液過程中存在輸液速度無法人性化監(jiān)測和調(diào)節(jié)等問題，設(shè)計提出了一套針對不同病人的輸液狀況進行實時監(jiān)控并能準確調(diào)節(jié)液滴速度的裝置。該系統(tǒng)在微改變傳統(tǒng)輸液形式的前提下，以單片機AT89C51為核心，利用紅外對管傳感器監(jiān)測液滴每分鐘滴數(shù)和液位變化，然后控制步進電機來調(diào)節(jié)液滴瓶的高低來實現(xiàn)對液滴滴速的控制。該設(shè)計臨床實現(xiàn)比較容易，具有較高的實用價值。

關(guān)鍵詞：紅外對管 液滴速度 AT89C51 步進電機

0 引言

靜脈輸液是臨床治療中最常用的，臨床上一般根據(jù)藥物和患者的不同情況來配以合適的輸液速度，輸液速度過快可能導(dǎo)致中毒等不良反應(yīng)。常規(guī)的臨床輸液，常用掛瓶輸液，依靠眼睛來觀察、手動夾具來控制輸液速度，這種傳統(tǒng)的輸液方式并不能精確的控制輸液速度，并且工作量大，造成較多的人力資源浪費。本設(shè)計就是為了解決上述的人力資源浪費以及輸液速度問題而設(shè)計的液體點滴速度自動控制裝置。

1 自動控制裝置硬件設(shè)計

1.1 點滴速度測量

采用紅外對管來發(fā)射和接收點滴信號，采用斷續(xù)式的工作方式，當液滴滴下時阻擋了紅外接收管接收紅外線，從而產(chǎn)生一個高電平脈沖信號。紅外對管檢測液滴原理圖如圖1.1所示：

由于紅外光產(chǎn)生的光信號較弱，其接收管接收的信號更是十分微弱，相當于毫伏級的電壓。所以必須經(jīng)過放大電路將其放大到系統(tǒng)能識別的信號。本設(shè)計采用集成運算放大器LM324構(gòu)成的同向交流放大器。經(jīng)過放大電路處理后的信號并不標準，單片機并不能直接識別，因此需要使用電壓比較器將不標準的脈沖信號轉(zhuǎn)化為標準的脈沖信號，采用集成電壓比較器LM339實現(xiàn)。

1.2 液位檢測

當點滴液位低于警戒線以下時必須發(fā)出聲光報警。在這種情況下，關(guān)鍵是如何檢測液面高度。檢測方法與液滴測量相同，仍然使用紅外對管來發(fā)射接收液滴信號。根據(jù)紅外接收管接收的光強度的大小，來確定是否達到警戒線水位。由于紅外光通過空氣和水的光強不同，因此吸收系數(shù)也有不同，當液位高度低于警戒線（離瓶口2-3cm）時，紅外對管會接收到信號，即為報警信號，此時蜂鳴器報警。

1.3 速度控制模塊

通過利用步進電機和滑輪系統(tǒng)來控制液瓶的高度，可以通過步進電機正反轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)液瓶的高度，從而達到控制液滴速度。采用28BJY-48型四相八拍步進電機，工作電壓為DC5V，步距角為0.9度，θ=360度/（50*8）=0.9度（50為轉(zhuǎn)子齒數(shù)），也就是說給電機400個脈沖，電機轉(zhuǎn)一圈。選用ULN2003A來驅(qū)動步進電機。

2 自動控制裝置軟件設(shè)計

液位檢測程序主要用于檢測點滴瓶中的液位高度，一旦液位高度低于警戒線（離瓶口2-3cm）時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號。如果液位高度高于警戒線，那么系統(tǒng)會照常采集液滴滴速，并將其送入單片機。首先給系統(tǒng)設(shè)定一個速度值，隨著液滴的落下，紅外對管檢測到信號后，定時器開始計時，液滴數(shù)值加一，同時程序計算出當前液滴滴速，與之前設(shè)定的速度值相比較，通過比較來控制步進電機的正反轉(zhuǎn)，最終達到控制點滴瓶高度的目的。

3 裝置測試

經(jīng)多次測試得到下表3-1數(shù)據(jù)。

從上面的測試結(jié)果可以看出，本設(shè)計對液滴滴速的測試誤差小于3（滴/分），但仍存在一定程度的誤差，經(jīng)分析，主要由以下原因造成：

①由于紅外對管對水的檢測能力較弱，可能存在對部分液滴滴下時未能識別到，造成計數(shù)減少的情況。

②由于點滴瓶中的水一直在減少，可能造成液滴的下落速度不均。

③因為瓶子是在運動中，上升和下降的過程中難免會產(chǎn)生加速度，造成液滴下落的速度不穩(wěn)定。

④在調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)，紅外對管在工作過程中很容易受到外界的干擾，針對這種情況，在實際的設(shè)計過程中對紅外對管外圍進行包裹，并對各個部分用膠布進行固定。

4 結(jié)論

本裝置設(shè)計了一種可以進行點滴速度檢測、控制和液位檢測的自動化裝置，給目前輸液使用帶來了方便，但仍存在一些需要改進的地方，如：當?shù)喂芏秳訒r，液滴滴速的監(jiān)測精度就會受到影響，并且將降低裝置的穩(wěn)定性等。這些都需要繼續(xù)改進和擴展。

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作者簡介：周國棟（1985-），男，壯族，百色市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所。