醫(yī)療輸液液位報警裝置的設(shè)計

桑國文

壽光市人民醫(yī)院 山東 壽光 262700

引言

輸液作為臨床治療的重要手段之一已有百年歷史，一直以來輸液是否完成都是靠人眼觀察，一旦疏忽很容易造成回血情況的發(fā)生，嚴(yán)重時如果藥液輸完后沒有及時將針頭拔出，一旦空氣進入血管，后果不堪設(shè)想[1]。為了避免這些不良情況的發(fā)生，本文研制了一款價格低，使用方便，運行可靠的輸液液位報警裝置。

一、系統(tǒng)原理

(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計。本文設(shè)計輸液液位報警裝置由STC89C52，聲光報警模塊，紅外檢測模塊，信號放大模塊以及電源模塊5部分組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。其中紅外傳感器由紅外發(fā)射和接收裝置組成，它們安裝在墨菲氏滴管中部。接收裝置將接收到的信號傳至信號放大系統(tǒng)；信號放大后傳至單片機進行處理，當(dāng)檢測到的信號值低于設(shè)定值時，單片機發(fā)出信號觸發(fā)報警裝置。

圖1 系統(tǒng)框圖

(2)工作原理。本設(shè)計的紅外檢測模塊用來檢測藥液的位置，由于輸液一般是液體，利用光在液體中傳播會發(fā)生折射效應(yīng)這一特點，將發(fā)射紅外線的裝置和感應(yīng)接收裝置安裝在墨菲氏滴管[2]的中部外壁上，當(dāng)液滴經(jīng)過紅外線發(fā)射裝置時引起光線變化，從而使得接收裝置產(chǎn)生變化的信號，變化的信號進入信號放大裝置對信號進行放大后送入單片機，單片機對信號進行處理后驅(qū)動報警裝置報警。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計

(1)紅外檢測裝置。該裝置以紅外發(fā)光二極管作為發(fā)射裝置，光敏傳感器作為接收裝置，當(dāng)有液滴經(jīng)過紅外發(fā)光二極管時，由于液滴對光的阻礙作用，使光的強度發(fā)生變化，從而造成光敏傳感器的阻值隨之變化，將電阻變化值轉(zhuǎn)換成電壓差值送入下一級。

(2)信號放大裝置。信號放大裝置中的電壓跟隨電路當(dāng)作為高阻抗輸入端時，以減少信號源的干擾；作為低阻抗輸出端時，可以提高帶負(fù)載能力。信號放大電路主要放大的是紅外檢測裝置發(fā)送的電壓變化值，這個變化值一般很小通過放大電路可以進行成倍放大[3]，在傳送給單片機。放大電路使用的是比較器，當(dāng)同相輸入端電位大于反相輸入端時，輸出高電平，當(dāng)反向輸入端電位大于同相輸入端時，輸出低電平。通過輸出端輸出的高低電平就可以判斷是否有液滴落下。如果在一定時間內(nèi)光敏傳感器沒有接收到光強度變化，則信號放大電路輸出信號不變。

(3)聲光報警裝置。報警裝置采用三極管和蜂鳴器組成，當(dāng)信號放大裝置輸出的電平一直保持不變則單片機判定藥液滴完，就會在相應(yīng)的引腳輸出低電平，驅(qū)動三極管導(dǎo)通，發(fā)光二極管亮，蜂鳴器發(fā)出報警音，提示病人以及醫(yī)護人員及時更換藥液或者拔出針頭，電路圖如圖2所示。

圖2 聲光報警裝置

(4)電池模塊。電池模塊使用的是7V可充電鋰電池。鋰電池使用中要注意電量不可以太低，由于單片機和光敏傳感器使用的電壓并不完全相同，為了防止鋰電池電量過低導(dǎo)致部分元器件無法工作，還需要設(shè)置低壓報警電路[4]。本設(shè)計使用的傳感器所需電壓為5―24V，可以直接用鋰電池供電，單片機所需電壓為5V，因此需要將電壓進行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換，將7V電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓供單片機使用，降壓得到的5V電還要和基準(zhǔn)5V電壓進行比較，當(dāng)?shù)陀诨鶞?zhǔn)電壓時還要進行低壓報警，低壓報警使用光照報警。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計

該裝置的仿真使用的是Protues8.8，它可以實現(xiàn)代碼調(diào)試、原理圖布圖以及單片機與外圍電路的協(xié)同仿真，還可以進行PCB設(shè)計。它支持AVR、51系列、ARM、DSPIC33等多種處理器，支持Keil、IAR以及 MATLAB編譯器[5]。

軟件編寫采用C語言進行編寫。整個程序包含了主程序，報警子程序，延時子程序以及中斷子程序。延時子程序主要是判斷藥液是否滴完。主程序完成整個系統(tǒng)初始化以及相應(yīng)初值的設(shè)置和檢測。本次仿真采用Keil C進行程序編譯。根據(jù)整個系統(tǒng)要完成的工作，完成對主程序以及相關(guān)子程序的編寫，并在Keil C中進行程序調(diào)試，調(diào)試完成后會生成.HEX文件該文件通過Edit Component——Program File下載到Protues仿真環(huán)境中進行仿真[6]。

四、小結(jié)

本設(shè)計的輸液液位報警裝置解決了傳統(tǒng)輸液需要人為觀測藥液的弊端，并具有運行穩(wěn)定可靠，安全性高，價格低廉的優(yōu)點，具有很高的推廣價值。