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1、 基于单片机的智能输液系统设计 院 系： 专 业 班： 姓 名： 学 号： 指导教师： 年 月 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AT89S51控制的。这个系统操作简洁、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
2、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：51单片机 医院输液系统 输液监控 目 录1 68001224致谢2527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
3、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4060滴/min，儿童及老年人2040滴/min；高于此标准10滴/min为过快；低于此标准10滴/min为过慢。而辽宁省卫生厅规定以滴速40-60滴/min为标准，高于70滴/min为过快，低于30滴/min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
4、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。 背景和意义 1.1 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
5、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。1.2 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
6、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
7、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 系要解决的问题统设计需 （1） 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。 （4） 怎么样使整个系统稳定可靠。 2系统方案设计与论证2.1 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
8、统控制）模块，键盘显示模块。结构图如下图2-1 。图2-1 总体结构框图2.2 点滴速度测量电路方案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
9、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。2.3 液面检测电路方案方案一：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。2.4 电机控制滴速电路方案2.4.1 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。则我们需要做大量的实验去测试对应高度的滴速，将结果存入
10、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。图2-2 输液模拟示意图2.4.2 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
11、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信号，转子就会转过一个角度，步进电机会输出特定的角位移或者线位移，其与输入脉冲数成正比例，步进电机的转速也与脉冲频率成正比例关系。本文以单片机为核心，控制了步进电机的工作，可以在一刹那实现启停动作，并
12、且其步距角的降低较小，延时短，定位准确，精度高，可操作性较强。综合考虑，选用步进电机作为电机驱动控制电路。2.5 显示器接口电路方案此设计里要可以设定滴速。其显示内容需要有设定值和实际滴速。经过考虑和设计有以下两种设计方案：方案一：采使用(LCD)液晶显示屏。虽然液晶显示屏有功耗小、轻巧较薄等优点，但编程较数码管难并且对于字符的要求较大，需要单独编译。并且相比于数码管节能较差。对于以后产品会有一定影响。方案二：采用数码管显示。数码管具备低能耗、低损耗、低压、寿命长、且环境的要求较低等特性。而且数码管编程简单，完全可以满足显示方案的数据。综合比较以上两种方案，结合本设计的要求可知采用方案二较为合
13、适。2.6 键盘接口电路方案键盘是人为向机器输入的基本设备，可以有编码键盘和非编码键盘，在此设计内我们选择成本较低技术成熟的非编码键盘，非编码键盘有一下几种分类：独立式按键电路、矩阵式键盘电路，中断式键盘电路等。根据其特点我们提出了一下两种方案：方案一：独立键盘使用于输入端口较多，调用快捷，且每个键的工作状态不会影响其他几个键的情况，此方案可以大大减少程序的内容，编程较简单，使用起来也很方便，对于本设计，对于键盘的需求不大，只需要进行简单的操作即可。方案二：此键盘是将按键分为行和列，都有交叉点，键两端接于行和列上，一般有4*4、8*8、4*8的规格，用户可以根据自己的需求选择合适自己的规格，但
14、因为本设计简单可操作故不符合。该系统使用的按键数较少，故采用独立式键盘最为合适。2.7 单片机型号的选择与论证2.7.1 现有主流单片机的概述现主流的单片机有很多，如51系列、ARM系列等。我们使用的AT89S51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系统，可编程序的存储器。使用Atmel公司的高密度非易失性存储器技术及产品制造工业80C51指令和引脚完全兼容。片中的程序存储器系统程序可编程。在单芯片上，51是拥有灵巧的8位CPU以及系统的可编程Flash，使得AT89S51在许多的嵌入式控制应用系统中得到十分广泛的应用。 AT89S51的低能耗，是一种高性能CMOS8位微控制器，
15、具有8K闪存使用programmable.atmel高密度非易失性存储器的制造技术、指令和引脚完全兼容80S51的工业产品。在芯片上的Flash程序存储器，可以在系统编程，但也为装置经典的编程。在一个芯片，用8位CPU和在系统可编程闪存的灵活性，使得控制系统应用集成提供一个灵活的解决方案，许多非常有效。基本标准功能：8K字节的256字节的闪存，32位的I/O线，定时器，指针数据，36位定时/计数器，水平向量中断结构，全双工串行端口，在水晶板和电路的逻辑horloge以及fonct静态ionnement可以减少到2000赫兹，可选择节能模式两种软件模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM，定时器/计数器，串口、中断继续工作。当功率保护模式，RAM内容存储，振荡器
