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1、 基于单片机的智能输液系统设计 院 系:机电与自动化学院 专 业 班：电气工程及其自动化 104 班 姓 名:张翰墨 学 号：20101168 指导教师:吴 雯 2014 年月 基于单片机的智能输液系统设计 Desigof Ctl Syte fo Liqd-dopinased on Single Cip Miroputer 摘 要 随着智能化控制的不断发展,自动化临床设备的研究已成为医疗器械的一个重 点.其可以减轻工作人员的压力,提高医护人员的工作效率。静脉输液是一种常见的 临床治疗方法，通过在静脉输入起到治疗的作用,本课题是研究智能输液系统的设 计方法,本方案是基于 A851 控制的。这个系
2、统操作简洁、上手较快、具有报 警功能并且方便集中控制,在现代医疗事业具有较大意义,推动了自动化的智能医疗 事业的发展， 有利于提高医护质量。 本课题的主要功能有：实现了利用电路采集液滴速度，可设置液滴速度并且进 行比较,可显示液滴滴速和剩余输液时间;可自行设置液滴滴速；在输液剩余液量低 于设定值，自动报警，或者输液过程出现特殊情况也可报警。补充了这个方向的输 液系统的部分研究空白,对于设备结构的分析和其电子设计的研究具有重要意义;通 过理论分析，很好的分析了整个输液系统的理论与实践基础。本课题的研究成果为 输液系统的研究提供了丰富的信息。 关键词关键词：51 单片机 医院输液系统 输液监控 A
3、tact Withthe ontinuus deloment o iigt corol, lnicaresarcuomaton eqpment aecm fou o meical dvces. It c eue the pressue o taff, povewoking efiencyof meal afs. Intravnosinfusion is a comonclnial tratment，the tetment ffec i th ein ofthe inpu,this topic the sin method te intlgnt infusio sytem，e scheme s
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5、se d cmpared, can dlay he drop sped ad herst f the fusin time;ca e up their own sped; the ifion ofremaiing liquid vol is owe an thse lu, heutomic alarm, orfsion prcs herere spei crcumstances can ao larm Partof the resec bla ifusin ssemadded o te diretion, hae imortntsigniicance f aayzin the srcturof
6、 e equiment and elcrni esign reearh;throug toreticl nalss, a very god aalss of thethery ad pracic basis f infuo system The results oreach on tispicpovidesaundn infmaton or te stuy ftnsfusion syste. Keyrs: 51MCUspital infusion stem trasusion montoring 目 录 摘要 bstratII 绪论 .1 1 课题的背景和意义2 . 医疗输液监控系统设计背景2
7、 1.2 医疗输液监控系统设计意义 .2 1.3系统设计的关键问题 .3 2 系统方案设计与论证 .4 2 系统硬件结构设计方案4 2 点滴速度测量电路方案 .4 23 液面检测电路方案选择5 24 电机控制滴速电路 .6 2.5 显示器接口电路方案 .6 26 键盘接口电路方案7 2.7 单片机型号的选择与论证 .7 输液系统各模块硬件设计 .11 3.1 控制电机模块设计1 . 数据采集模块 .2 3.3 电源模块61 3.4 声报警模块 .16 5 复位电路 .1 3. 显示模块 .17 键控模块 .18 4 系统软件及框图设计 .20 41 滴速检测子程序 .0 4. 电机控制子程序
8、.1 4.3 键盘程序 .22 结论2 致谢52 参考文献 .6 附录一总体设计原理图 .2 绪 论 随着科技的进步，越来越多的地方需要用到对液体的流量或者滴速进行控制， 如人工肾机的透析液储液罐中透析液储量、自动洗胃机中冲洗液的液量、中药使用 的药浴机中煎药锅中的水位等,医疗保健领域中药液的输液量与输液速度需要精确 的控制以达到更好治疗效果。根据我国各地卫生厅的标准不同输液系统的滴速设定 也不尽相同,湖北省卫生厅的护理技术操作规范规定:成人静脉输液滴速0 6滴/min,儿童及老年人 24滴min;高于此标准 10 滴/mn 为过快；低于 此标准 10 滴/min 为过慢。而辽宁省卫生厅规定以
9、滴速0-6滴/min 为标准，高 于 70 滴/min 为过快,低于 30 滴mn 为过慢，基于此我们可以看出静脉输液作为 一种常见的临床治疗方法，通过向静脉输入药液起到治疗的作用，滴速控制尤为重 要，并且新药品越来越多,在治疗疾病的过程中，采用静点输液治疗方法已越来越 普遍。然而,在输液过程中，不同药液,不同年龄患者均有其不同的最佳滴速要求。 滴速过快、过慢均会影响疗效甚至给患者带来不适；此外在输液过程中，当输液完 成需要换药液时,需要医务人员发现不及就会出现空气进入血管内形成空气栓塞， 凝血堵塞针头等情况,轻则延误治疗,重则会危及病人生命安全，发生事故,还有当 病人单独输液时，有可能睡着或
10、者忘记观察剩余药液量引起血液外流等事故。综上 可以看出输液监护控制系统在未来医疗中的重要地位和作用。 课题的背景和意义 医疗输液监控系统设计背景 随着智能化控制的不断发展,自动化临床设备的研究已成为医疗器械的一个重 点.其可以减轻工作人员的压力,提高医护人员的工作效率。静脉输液是一种常见的 临床治疗方法，通过在静脉输入起到治疗的作用,所以其滴速的控制很重要，随着 新药品研发的越来越多，采用静点输液治疗方法在治疗疾病的过程中已变得很普遍 了。然而，在输液过程中，对于不同药液,不同年龄患者均有其不同的最佳滴速要 求。其滴速过快或者过慢均会影响治疗效果；在输液过程中，若需要换输液，若发 现不及就会出
11、现空气进入血管内就会危及病人生命安全,还有当病人单独输液时， 由于睡着或者忘记观察药液量导致血液外流等事故。以上就体现出输液监控的重要 地位和作用。本课题就是针对以上问题进行设计研究,对提高医疗事业的发展起到 很大的作用。利用科技去提高整个医疗事业，是造福整个人民的好事情,对于此我 们应努力的去改善。 2 输液监控系统设计的背景 本设计所针对的医疗产品在国内只有一些大型医院引进。在国内输液装置的研 究相对起步较晚,在市场上也存在一定国产输液装置。但是总体来说，国内的自动 输液系统需要很长的路要走。并且国内的医疗设备技术相对落后、种类方面也相对 较少、性能与质量也参差不齐。而智能输液系统在国外的
12、发达国家,如、日本、美 国等研制的较早并且种类较多，其也基本实现了智能化,在医院输液监控使用已经 十分普遍。 医疗设施发展趋势在于单片机智能输液系统的发展，单片机的性价比优越，而 以前的输液系统,其一单片机价格比较贵,且操作不容易实现,对滴速控制精度也低。 现在的单片机可以进行多个系统的控制，减轻工作人员的压力，提高医护工作效率。 在人为控制下可能对病人带来麻烦,以前的临床输液中有患者医护人员观察监视药 液余量,此方法涉及的精力大且效率低,不利于医疗的综合管理。而使用智能输液系 统只要考虑周到,运行的时候就可以解决以上问题,因此,基于单片机的智能输液系 统会在医疗中得到广泛应用。该课题研究具有
13、应用价值,对于提高我国的医疗水平 有深远影响。医疗的安全问题离不开科技，利用科技去提高医疗事业是对医疗事业 的一大促进。 1.3 系统设计需要解决的问题 （） 如何准确监测药物剩余量。 （2) 如何提示护士应该换药。 (3) 怎么样控制滴速。 （） 怎么样使整个系统稳定可靠。 2 系统方案设计与论证 2系统硬件总体设计方案 本课题的输液系统分为以下部分:储液液面检测、滴速测量模块,点滴速度控制 (电机系统控制)模块，键盘显示模块。结构图如下图 2-1 。 单片机 AT89S51 点滴速度测量电机驱动电路 液面检测 键盘输入 电机 显示 电源报警 图 21 总体结构框图 . 点滴速度测量电路方案
14、 速度测量在设计中占有极其重要的位置,它是本系统的基础，在进过分析思考 后整理出以下几种方案: 方案一:采用反射式的红外光电传感器 将反射式红外传感器放置于输液器的漏斗一端,在液滴下落时,利用红外线的反 射能力，接收端将检测到信号。但是有很多不稳定因素如水滴的表面不规则，收集 到的反射信号弱,并且对于液滴下落时要和传感器的夹角要很精确, 方案二：采用槽式红外光电开关 采用槽式红外对射式光电开关,其功能齐全,体积小,具备交直流通用型,抗震性 能好，液滴检测稳定，很适合精度要求高的医疗设备,此方案成本低。通过测量两 点滴下落的间隔通过计算就可以确定滴速。 经考虑选用方案二。 3 液面检测电路方案
15、方案一:红外对管发射接收。根据接收的光强的大小判断液位是否到警戒水位, 若达到警戒水位则反馈到单片机,进行中断报警。 方案二：称重传感器检测。利用称重传感器对总质量与实际警戒水位质量相比 较，当测量总质量与设定值相等时发出报警。 比较上述方案,选择方案一,其实用、方便，也能保证测量的准确度。 24 电机控制滴速电路 方案 .4.1 电机控制滴速的方案设计 方案一:通过步进电机和滑轮系统控制储液瓶的高度，来达到控制液滴流速的 目的；由公式：可以看出,滴速是受药液的高度的影响的。则我们需要hgp 做大量的实验去测试对应高度的滴速，将结果存入单片机内,当到达一个高度的时 候就直接从单片机内调出。同时
16、当通过按键输入一个滴速的时候，都可以使步进电 机转动,到达特定的高度，使其滴速为设定好的值。 方案二:通过控制滴速夹的松紧程度来控制液滴流速。但这样只是大致的去 设定一个滴速,不具有精确性。而且影响其使用的因数也多，不易规律的实验出。 经过综合比较,我们决定选择第一项的方案。模拟示意图如图2-2。 电机 输液瓶 滑轮 支架 图 22 输液模拟示意图 2.2 电动机及驱动方案 方案一:伺服电机 伺服电机可以接收电信号，然后转换成转动轴上的角速度与角位移。其转速要 比电机在负载时的转速高很多。但是就伺服电机的使用情况来说，多数是在低的转 动惯量、高的启动转矩和大转矩的系统里。并且伺服电机的价格较高,很少使用。 方案二：直流电机 直流电机上电后立马转动，掉电后惯性较大，停机时还要转动一定角度后才可 停下来。转矩小、没有抱死功能,如果要求准确地停在一个位置，其闭环算法太复 杂。 方案三：步进电机 步进电机主要是把电脉冲信号转换成输出轴的转角或转速，容易开启停止、正 反转及变速,动态响应快。价格适中,控制精度较高,适用于较为精确的测量中,还可 以有效提高输液速度的控制精度。步进电机每输入一个脉冲
