自動輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫選辰，王歷，俄萬林，李佳康，姜少維，逯玉蘭

摘? 要： 輸液是日常生活中最為普遍的一種治療方式，靜脈輸入操作簡便，但很容易因?yàn)榛颊呋蜥t(yī)護(hù)人員監(jiān)護(hù)不周而出現(xiàn)意外，流速過快則會引發(fā)感冒、心臟負(fù)擔(dān)加重等一系列安全隱患，因此設(shè)計(jì)了一款自動輸液監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用 STC89C52 單片機(jī)，以紅外傳感器檢測液滴滴速以及液面高度，搭配步進(jìn)電機(jī)模塊和報(bào)警裝置，實(shí)現(xiàn)了自動輸液的實(shí)時(shí)監(jiān)控。該自動輸液監(jiān)控系統(tǒng)具有成本低、實(shí)用性強(qiáng)、安全簡單、易操作的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 自動輸液; 實(shí)時(shí)監(jiān)控; 紅外傳感器; STC89C52單片機(jī)

中圖分類號：TP273? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1006-8228（2022）01-50-03

Design of automatic infusion monitoring system

Sun Xuanchen， Wang Li， E Wanlin， Li Jiakang， Jiang Shaowei， Lu Yulan

（College of Information Science and Technology， Gansu Agricultural University， Lanzhou， Gansu 730070， China）

Abstract： Infusion is the most common treatment method in daily life. Intravenous infusion is easy to operate， but it is easy to have accidents due to poor monitoring of patients or medical staff. If the flow rate is too fast， it will cause a series of potential safety hazards such as cold and increased heart burden. Therefore， an automatic infusion monitoring system is designed. The system adopts STC89C52 single chip microcomputer， and uses infrared sensor to detect the liquid drop speed and liquid level height， combined with stepping motor module and alarm device to realize the real-time monitoring of automatic infusion. The automatic infusion monitoring system has the characteristics of low cost， strong practicability， safety and simplicity， and easy operation.

Key words： automatic infusion; real-time monitoring; infrared sensors; STC89C52 single chip microcomputer

0 引言

我國是人口大國，每天生病看病的人數(shù)有很多，輸液治療是最為普遍的治療方式，但是醫(yī)院沒有足夠的醫(yī)護(hù)人員，很多患者的陪同家屬也不能很好地監(jiān)護(hù)病人用藥情況，常疏忽了輸液時(shí)藥瓶里的藥量，造成輸入空氣到血管中的情況，或輸液時(shí)液滴流速變快、堵塞等等，這些情況的存在不僅在很大程度上造成了人們精力的流失，而且還會造成患者感冒、心臟負(fù)擔(dān)加重等疾病[1-2]。

因此，將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)上是非常有必要的，既可以減輕醫(yī)護(hù)人員的工作量，也可以更安全可靠地監(jiān)護(hù)患者狀況，降低一些不必要的損失。本文設(shè)計(jì)了一種基于STC89C52單片機(jī)的自動輸液監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過液晶顯示屏觀看液滴滴速以及最低限制的液面高度，按鍵裝置設(shè)置參數(shù)，通過單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)液滴流速變化以及液面高度的控制，超出設(shè)置的液滴滴速和低于設(shè)置的液面高度時(shí)都會引發(fā)報(bào)警裝置。這樣不僅可以降低人工成本，節(jié)約資源，也可以使患者更加輕松和安心。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是以STC89C52系列單片機(jī)為核心，具體包括主機(jī)模塊、按鍵輸入模塊、紅外傳感器模塊、LCD顯示模塊、聲光報(bào)警模塊、驅(qū)動模塊以及步進(jìn)電機(jī)模塊。整個(gè)系統(tǒng)的工作過程是：①紅外傳感器將采集到的液滴滴速和液面高度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號;②將數(shù)字信號傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中;③單片機(jī)對輸入的數(shù)字信號進(jìn)行處理;④將處理的結(jié)果顯示到LCD顯示屏上;⑤根據(jù)輸出的結(jié)果，輸出控制信號驅(qū)動到輸出驅(qū)動模塊;⑥輸出驅(qū)動模塊驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)模塊進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制滴瓶的高度，使液滴流速保持在正常范圍內(nèi)。具體過程為：接通電源開始工作，通過按鍵模塊進(jìn)行液滴滴速的上限值和下限值的設(shè)定，液滴滴速會在顯示屏中顯示，當(dāng)?shù)嗡俚陀谠O(shè)定值的下限，步進(jìn)電機(jī)會拉高滴瓶的高度加快液滴滴速，當(dāng)?shù)嗡俑哂谠O(shè)定值的上限，步進(jìn)電機(jī)會降低滴瓶的高度減慢液滴滴速，滴瓶液面過低時(shí)，紅外傳感器將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，LED燈顯示紅色并且出現(xiàn)蜂鳴警報(bào)聲，整個(gè)過程自動完成，保障安全可行性。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主機(jī)模塊

單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一種，它具有處理速度快、運(yùn)算能力強(qiáng)、控制性好等優(yōu)勢，適用范圍極其廣泛。本設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為核心，其低功耗、高性能的特點(diǎn)非常符合設(shè)計(jì)的需求[3-4]。STC89C52單片機(jī)具有8KB系統(tǒng)可編程Flash存儲器，將設(shè)定好的程序通過PC寫進(jìn)單片機(jī)中，便可以進(jìn)行工作。本系統(tǒng)中，單片機(jī)起到控制作用，對按鍵輸入信息進(jìn)行保存，對紅外傳感器中的信息進(jìn)行計(jì)算、比對，然后輸出信息控制報(bào)警器和驅(qū)動模塊。

2.2 紅外傳感器模塊

紅外傳感器具有低功耗、簡單易操作的特點(diǎn)，適用范圍很廣。本模塊采用RPR221型光電對管，這是一種單光束的紅外光電傳感器，結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)理電路簡單，當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光發(fā)射回來時(shí)，三極管導(dǎo)通輸出低電平[4]，采用+5V的電源電壓，在本系統(tǒng)中作為信息主要的來源器件[5-7]。本設(shè)計(jì)中主要作用為，當(dāng)有液滴流過時(shí)，紅外感應(yīng)裝置將接受光束的時(shí)間傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)，當(dāng)液滴水平降到最低設(shè)定高度時(shí)，便會引發(fā)報(bào)警器工作。紅外傳感器原理圖如圖2所示。

2.3 報(bào)警模塊

報(bào)警模塊將蜂鳴器和LED燈設(shè)計(jì)到一起，通過三極管驅(qū)動蜂鳴器和LED工作，原理結(jié)構(gòu)圖如圖所示。聲光報(bào)警原理圖如圖3所示。

2.4 LED顯示模塊

本文的顯示模塊采用LCD1602液晶顯示屏，這是一種使用相對廣泛的字符型液晶顯示器，是一種專門顯示字母、數(shù)字和符號的顯示器。它有14個(gè)引腳，D0-D7分別與STC89C52單片機(jī)的P0.0-P0.7對應(yīng)[8]。采用直接控制方式，將命令寫入到LCD1602中[9-11]，使用方便，并且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，非常符合本設(shè)計(jì)的需要。LCD1602顯示屏原理圖如圖4所示。

2.5 驅(qū)動模塊

出于簡單方便、節(jié)約高效的考慮，本文的驅(qū)動模塊使用了脈沖信號+驅(qū)動器+步進(jìn)電機(jī)的工作方式，脈沖信號由STC89C52單片機(jī)產(chǎn)生，步進(jìn)電機(jī)通過驅(qū)動電路將脈沖信號很好地轉(zhuǎn)換為角位移。當(dāng)液滴流速過快或者是過慢，通過紅外傳感器傳到單片機(jī)中的信號，驅(qū)動電路便會及時(shí)驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)工作，通過正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)調(diào)動滴瓶的高度，達(dá)到調(diào)節(jié)滴速變化的目的。

3 軟件設(shè)計(jì)

本文采用面向模塊化的思想，用C語言進(jìn)行單片機(jī)內(nèi)部的程序設(shè)計(jì)，通過開發(fā)軟件Keil進(jìn)行系統(tǒng)的仿真與測試，軟件系統(tǒng)則可通過PC直接編程和拷貝。系統(tǒng)主要由初始化模塊、設(shè)置參數(shù)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、比較控制模塊、信號處理模塊、驅(qū)動電路模塊組成。系統(tǒng)的程序流程圖如圖5所示。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了基于STC89C52單片機(jī)的自動輸液監(jiān)控系統(tǒng)。以單片機(jī)為主要組成部分，搭配外圍電路，實(shí)現(xiàn)了功能較為全面的自動輸液監(jiān)控系統(tǒng)，通過紅外感應(yīng)器完成信息的采集，將信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，信息處理后，對不同信息做出不同的處理，降低了人力勞動，具有很強(qiáng)的科學(xué)實(shí)施性。采用C語言編程，數(shù)/模信息的轉(zhuǎn)換，以及Keil開發(fā)軟件進(jìn)行系統(tǒng)的仿真與測試。本系統(tǒng)具有成本低、實(shí)用性強(qiáng)、安全簡單、易操作的特點(diǎn)，具有較高的推廣價(jià)值。但系統(tǒng)智能化程度較為低下，仍需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究，改善這一方面的不足。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 鄧成娟，嚴(yán)小黑.無人監(jiān)守輸液自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用，2020，10（12）：182-184

[2] 馬得秀，韓佳奇，胡凱，等.基于51單片機(jī)的溫室自動灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].軟件，2019，40（5）：30-32

[3] 于明軍，屠雅春，馬薪豐.靜脈輸液自動監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2019，22（6）：55-58

[4] 張文初.提高熱釋電紅外感應(yīng)器靈敏度的分析與對策[J].硅谷，2012，5（23）：180，29

[5] 費(fèi)葉琦，朱軒，齊加勝等.基于遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的智能窗設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].南方農(nóng)機(jī)，2021，52（8）：122-124

[6] 董大波，張萍.基于多傳感器信息融合的智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作，2021（7）：37-38，94

[7] 譚銘明，姚玲英，阮煜琴，等.基于52單片機(jī)智能貼心時(shí)鐘的研究與設(shè)計(jì)[J].電子制作，2021（9）：16-19

[8] 劉雪飛，李珊.智能點(diǎn)滴輸液監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子世界，2019（10）：159-160

[9] 陸志穎，陳明霞，黎洪甫，等.基于STC89C52的智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)[J].中國科技信息，2019（1）：64-66，13

[10] 賀桂芳，武曉明.輸液集中管理控制系統(tǒng)的研制[J].儀表技術(shù)，2012（5）：4-7

[11] 王洋，黃其維.智能輸液實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（21）：92