【正文】 種普及到每一位輸液病人才能有實(shí)際意義的產(chǎn)品，使用方便并且價(jià)格低廉又是一種基本要求，所以，這種產(chǎn)品即使安全性、可靠性得到了充分保證，但是如果沒有簡單方便的操作和較低的價(jià)格作為其支撐，想要順利推廣也是不可能的。本系統(tǒng)對輸液沒有任何影響，系統(tǒng)操作簡單，安全性高，可靠性高，檢測的精度高。而且整體造價(jià)低，沒有使用成本，有很強(qiáng)的市場競爭力和推廣前景。 目前，我國三甲以上的 醫(yī)院是 563家，二甲縣級以上 5000家，“十一五”規(guī)劃的醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)，包括社區(qū)醫(yī)院總共是 31萬家。也就是說，其中 80%以上是個(gè)體的診所和縣以下的基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)。在這些醫(yī)療機(jī)構(gòu)中，所擁有的醫(yī)療儀器和設(shè)備有15%左右是 20世紀(jì) 70年代前后的產(chǎn)品，有 60%是上世紀(jì) 80年代中期以前的產(chǎn)品。因?yàn)槲覈浆F(xiàn)在還沒有醫(yī)療器械管理的有關(guān)法規(guī)，所以造成一些本應(yīng)淘汰、報(bào)廢的醫(yī)療器械至今還在使用，由于超期“服役”，有部分儀器早就不能準(zhǔn)確提供診斷依據(jù)了，但是有不少小診所甚至是醫(yī)院，出于經(jīng)濟(jì)利益的考慮仍然繼續(xù)使用。但是隨著我國人民生活水 平的提高 ,人們對生命健康越來越關(guān)注 ,醫(yī)療器械作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)正在蓬勃地發(fā)展。 泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 除此之外，我國還有很多科研醫(yī)療的機(jī)構(gòu) ,不少企業(yè)開發(fā)的輸液裝置都申報(bào)了專利。但是由于其穩(wěn)定性、可靠性和靈敏度等方面還達(dá)不到實(shí)際要求 ,所以這些專利很少在現(xiàn)實(shí)中得到應(yīng)用。總之 ,我國對智能輸液裝置的研制比較晚，點(diǎn)滴輸液自動(dòng)化得到普及 ,還需要很長的路要走。 本課題的研究內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo) 課題的研究目標(biāo)是要研制出一種智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)。以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)出一個(gè)監(jiān)測與控制液體點(diǎn)滴速度的裝置，能檢測點(diǎn)滴速度，控制點(diǎn)滴速度，并能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。它 由下位機(jī)和上位機(jī)組成。下位機(jī)以單片機(jī)為核心構(gòu)成輸液監(jiān)控設(shè)備，完成對某一具體輸液過程的監(jiān)控。它主要包括：鍵盤與顯示模塊、滴速檢測模塊、滴速控制模塊、聲光報(bào)警模塊及 PTR8000 模塊。由 PC機(jī)和 PTR8000 模塊構(gòu)成上位機(jī)，收集從站反饋來的實(shí)時(shí)信息，進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)控與報(bào)警，與此同時(shí)通過數(shù)據(jù)庫了解病人的基本信息。 整個(gè)系統(tǒng)主要包括四個(gè)設(shè)計(jì)模塊： ，包括液滴信號(hào)的采集和液位信號(hào) 的采集； ，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示、處理及控制； 電路 的設(shè)計(jì) ； ， 主要為主站 無線接收模 塊PTR8000 與單片機(jī)之間的 SPI 通信。 系統(tǒng)各個(gè)軟硬件的設(shè)計(jì)完成后，測試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有： 床位號(hào)并 設(shè)置病床輸液滴速和輸液總量 。 是否正常滴下 來 決定是否 輸出 報(bào)警信號(hào)，并計(jì)算出實(shí)際的輸液滴速 。 有效控制步進(jìn)電機(jī) ，來 自動(dòng)調(diào)整滴速 。 來 估計(jì)總滴注時(shí)間 。 算剩余的時(shí)間。 數(shù)碼管顯示器，通信相關(guān)的信息在 PC機(jī)顯示。 過 PTR8000 模塊 顯示 的床位數(shù)，測量速度以無線方式傳送到 PC機(jī)中 ，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的 。 基于 VC++的 Msc 控件設(shè)計(jì)合理的人機(jī)互動(dòng)界面。 泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 2 總體方案的設(shè)計(jì)和工作原理 設(shè)計(jì)方案的選擇 第一種方案是使用 彈簧輸液報(bào)警器 ,該報(bào)警裝置是由一個(gè)可以控制的音樂集成塊 ,彈簧及兩塊電池組成 [1]。 輸液報(bào)警器掛在彈簧上，使輸液容器的重力轉(zhuǎn)化為彈簧的壓縮力，輸液結(jié)束時(shí)，彈簧回縮報(bào)警電路被接通，聲光報(bào)警，以提醒換藥，雖然有一定的新穎性，但智能化程度不高，難以實(shí)現(xiàn)智能化的醫(yī)療監(jiān)測要求。 第二種方案是用 輸液瓶液位測量和報(bào)警裝置 [2]。由彈簧，機(jī)架齒輪組的機(jī)械零件的裝置。要遵循胡克定律，通過測量重力的輸液瓶和瓶液位 報(bào)警設(shè)備指針來間接測量水平的變化和變化中的報(bào)警電路開啟時(shí)，在接觸的金屬觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)報(bào)警。這個(gè)裝置是主要的機(jī)械原理液位測量，精密測量和智能化程度不高，難以推廣。 第三種方案是 采用光的衍射方法來對微量物體進(jìn)行測量的裝置已經(jīng)獲得專利 ,其原理就是激光束 在 通過狹縫 時(shí)得到 衍射 ,而 光電接收器 收到衍射光 后 ,則 顯示信號(hào) 被輸出 。 衍射狹縫的寬度 是物體 重量 通過杠桿的作用 來 改變大小 的 ,來使光電接收器收到的衍射光的 強(qiáng)度發(fā)生 改變。利用 光電接收器 把 光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)成 電信號(hào) 而輸出。最后通過顯示的技術(shù)將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字顯示 ,達(dá)到對物體質(zhì)量進(jìn)行讀數(shù)的目的。但該裝置怎么樣應(yīng)用于輸液報(bào)警 ,其夾持機(jī)構(gòu)和測量精度是一個(gè)大難題 ,故沒有得到推廣。 第四種方案是使用新型 PC，攝像頭，計(jì)數(shù)模塊和顯示，攝像頭定位裝置，其中相機(jī)連接到 PC，輸液液滴的圖像和拍攝的圖像的顯示畫面轉(zhuǎn)移到計(jì)數(shù)模塊被安裝在個(gè)人電腦主機(jī)，用于相機(jī)所獲取的圖像信息的收集和分析，計(jì)算 處理 ,和液滴的數(shù)量，該計(jì)算結(jié)果的數(shù)值將被顯示在顯示器上。實(shí)用新型計(jì)數(shù)模塊以及 顯示，攝像頭， PC 主機(jī)， PC,使用現(xiàn)有的技術(shù)，易于實(shí)現(xiàn)，輸液的狀態(tài)可以是 數(shù)值 或圖像直觀的反應(yīng)，那么輸液的 狀態(tài) 就會(huì)被 遠(yuǎn)程監(jiān)控，整體結(jié)構(gòu) 非常簡單，有效的 監(jiān)測。該設(shè)備 在醫(yī)院的圖像處理技術(shù)提出了很高的要求，它是難以推廣。 第五種方案是醫(yī)用便攜式輸液監(jiān)控 ，利用射頻通信技術(shù)，通過射頻網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)，射頻網(wǎng)絡(luò)中繼器，幾乎沒有系統(tǒng)的安裝，輸液監(jiān)控便攜式，護(hù)士可以直接搶購的輸液管上。內(nèi)置的安全和無公害聚合物電池肯尼斯顯示器電源，無泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 無線電頻率通信，外國沒有任何信息， 讓患者和過去的賬面輸液瓶去洗手間。射頻網(wǎng)絡(luò)中繼網(wǎng)絡(luò)管理和射頻機(jī)可用膨脹螺栓安裝在墻上的走廊或直接進(jìn)入走廊天花板上，就近接入交流 220V 電源。 LED 顯示屏只需要兩個(gè)膨脹螺栓固定在墻壁上，以便訪問最近 的交流 220V 供電。通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)采用射頻技術(shù)，無需布線，不影響整個(gè)系統(tǒng)的醫(yī)院在安裝過程中的正常運(yùn)轉(zhuǎn) 。 作為總結(jié)， 其特點(diǎn)是體積小、功耗低、安裝便捷。但射頻信號(hào)容易受到干擾 ,對接受設(shè)備的抗干擾要求高。所以不便使用。 在輸液過程中會(huì)有很多外界隨機(jī)事件 ,如病人的誤動(dòng)作、液體氣泡等都會(huì)影響液滴的重量 ,導(dǎo)致誤測 ,甚至引發(fā)誤報(bào)警。然而本 系統(tǒng)需要每一個(gè)床位安裝一臺(tái) ,與床頭已有的報(bào)警系統(tǒng)相聯(lián)系 ,利于實(shí)時(shí)監(jiān)控 ,隨時(shí)可以改變輸液時(shí)液滴的流速 ,同時(shí)不需要重新布線而增加成本 ,故推廣應(yīng)用比較方便。所以結(jié)合智能控制技術(shù) ,根據(jù)具體要求給出數(shù) 學(xué)模型 ,再由數(shù)學(xué)模型給出數(shù)值算法 ,最后由數(shù)值算法編出程序，使系統(tǒng)能總體尋優(yōu) ,具有自學(xué)習(xí)、修復(fù)記憶、 補(bǔ)償、判斷、決策能力。 設(shè)計(jì)方案總體結(jié)構(gòu) 本次設(shè)計(jì)采用光電檢測與單片機(jī)控制，通過 PTR8000 模塊無線傳輸實(shí)現(xiàn)對病人輸液過程的控制。可以實(shí)現(xiàn)功能為： （ 1）設(shè)置輸液時(shí)間和速度（ 2）他們的 PTR8000模塊的遠(yuǎn)程監(jiān)控輸液速度 和輸液時(shí)間（ 3）當(dāng)輸液臨近結(jié)束時(shí)或在輸液過程中的發(fā)生異常報(bào)警該系統(tǒng)由兩個(gè)主要部分組成：（ 1）主機(jī)（監(jiān)控中心）通過 PC 和 PTR8000模塊對每個(gè)從站遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警，收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)了解 病人的基本信息。 （ 2） 從站，由單片機(jī)系統(tǒng)組成，對一個(gè)特定的輸液過程進(jìn)行控制 。 它包括：滴速控制模塊、鍵盤與顯示模塊、聲光報(bào)警模塊及 PTR8000 模塊、滴位 檢測模塊。 如以下圖 1 所示： 圖 1 從站框架圖 單 片 機(jī) 滴速控制模塊 顯示模塊 聲光報(bào)警模塊 滴位檢測模塊 鍵盤模塊 PTR8000 模塊 上 位 機(jī) 泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 數(shù)碼管顯示 按鈕 圖 2 控制面板 方案論證與比較 控制方案選擇 方案一 :可以 采用的是模擬控制方案 ,最突出的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉而且簡單容易操作 ,但是最大的缺點(diǎn)是精度比較低 ,不易于功能的擴(kuò)展。 方案二 :采用 AT89S52 單片機(jī)系統(tǒng) 來實(shí)現(xiàn)，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的計(jì)算和控制。這種方案使系統(tǒng)中需要的鍵盤的設(shè)定和動(dòng)態(tài)顯示滴速等功能顯示比較方便，并且可以實(shí)現(xiàn)主站與從站之間的通信。數(shù)據(jù)傳送時(shí)受到的干擾也比較小 ,傳輸性能好。 因此 ,本系統(tǒng)采用第二種方案。 電機(jī)方案的選擇 方案一 ： 伺服電機(jī)。 伺服電機(jī)可以接收電信號(hào)，然后轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的角速度與角位移 。 其轉(zhuǎn)速要比電機(jī)在負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速高很多 。 但是就伺服電機(jī)的使用情況來說，多數(shù)是在低的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和大轉(zhuǎn)矩的系統(tǒng)里。并且伺服電機(jī)的價(jià)格較高，很少使用。 方案二 ： 直流電機(jī)。 直流電機(jī)上電后 立馬轉(zhuǎn)動(dòng)，掉電后慣性較大，停機(jī)時(shí)還要轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后才可停下來。轉(zhuǎn)矩小、沒有抱死功能，如果要求準(zhǔn)確地停在一個(gè)位置，其閉環(huán)算法太復(fù)雜。 泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 方案三 ： 步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)主要是把電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出軸的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速 ， 容易開啟停止、正反轉(zhuǎn)及變速 ,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快 [7]。價(jià)格適中，控制精度較高，適用于較為精確的測量中 ， 還可以有效提高輸液速度的控制精度。步進(jìn)電機(jī)每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子就會(huì)轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，步進(jìn)電機(jī)會(huì)輸出特定的角位移或者線位移，其與輸入脈沖數(shù)成正比例，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也與脈沖頻率成正比例關(guān)系。本文以單片機(jī)為核心，控制了步 進(jìn)電機(jī)的工作，其控制信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，也就不需要數(shù)／模轉(zhuǎn)換了。其具有了快速的啟／停能力，可以在一剎那實(shí)現(xiàn)啟停動(dòng)作，并且其步距角的降低較小，延時(shí)短，定位準(zhǔn)確，精度高，可操作性較強(qiáng)。 因此選擇方案三。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型 機(jī)電一體化 的產(chǎn)品 關(guān)鍵部件之一 就是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，一般 被用作定位 的 控制和定速 的 控制。步進(jìn)電機(jī) 定位精度高、 慣量低、 控制簡單、沒有累積誤差 等特點(diǎn)。 在 選擇步進(jìn)電 動(dòng) 機(jī) 的 時(shí) 候，最 先要保證 的是 步進(jìn)電 動(dòng) 機(jī)的輸出功率 必須要 大于負(fù)載所需 要的功率。但在選取 功率步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械 的負(fù)載 所需轉(zhuǎn)矩，電 動(dòng) 機(jī)的 矩頻特性 在一定程度 能滿足機(jī)械 的 負(fù)載并 且有 的余量 能 保證 它的運(yùn)行可靠。在實(shí)際 的工作進(jìn)程中，各個(gè)頻率下 負(fù)載 的 力矩應(yīng)該 在矩頻特性曲線的范圍 。一般 最大靜力矩大的電 動(dòng) 機(jī)， 那么 負(fù)載力矩 就 大。 Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)一般用 在 鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)基本系列，全國統(tǒng)一設(shè)計(jì)。它的 功率等級、 中心高、 安裝尺寸 都 符合 IEC 國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品可以和國內(nèi)外各類機(jī)械設(shè)備配套。 Y 系列電機(jī)具有效率高 、 振動(dòng)小、 噪聲低、 能耗少、 重量輕、 體積小 ，維護(hù)方便 ， 性能優(yōu)良 、 運(yùn)行可靠 等優(yōu)點(diǎn)。 泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 根據(jù)一般情況選擇 Y80132。以下表 1 為參數(shù)： 表 1 Y80132 的參數(shù) 機(jī)座號(hào) 凸緣號(hào) 極數(shù) 機(jī)座 軸伸 凸圓端蓋 AB AC AD HD L A A/2 B C H K D E F G M N P R S T 孔數(shù) Y80 FF165 2.4 125 62.5 100 50 80 10 19 40 6 15.5 165 130 200 0 12 3.5 4 165 175 150 175 290 無線模塊的選型 我們知道就有線通信而言，其擴(kuò)展的性能較差，布線相對比較麻煩，而且其成本也較高?，F(xiàn)有的有線通信都是將線纜埋藏在地下 ， 這樣就會(huì)存在線路腐化、遭到侵蝕 的問題， 容易影響到通信的質(zhì)量。 考慮到護(hù)士站到病房的距離在大醫(yī)院來說大約在 100 到 200 米左右，建議使用 PTR8000 無線模塊。以下為 PTR8000 無線數(shù)傳模塊 的好處： 目前國內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)出種類齊全的甚高頻（ VHF）無線數(shù)傳模塊，以工作于433MHz 和 為多。 nRF905 是一款工作在 433/868/915 MHz ISM 頻段的單片無線射頻收發(fā)芯片 。 其顯著特點(diǎn)是： ? 通信距離 100～ 300 米 (433MHz), 10～ 40 米 () ? 所需外圍元件少，設(shè)計(jì)方便 泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 ? 工作于國際開放的 ISM 頻段，無需向?qū)I(yè)部門申請使用許可 ? 作為無線技術(shù)方案，它省卻了鋪設(shè)傳輸連接線的麻煩，而且升級和增加新的設(shè)備非常方便 ， 低功耗 ? nRF905 的工作電壓范圍為 ～ ，其電流消耗很低，發(fā)射電流約為11mA(10dB 輸出 )，接收電流約為 ，待機(jī)電流為 2μ A 采用低價(jià)格的單 片機(jī)和無線收發(fā)模塊相結(jié)合來構(gòu)建無線通信系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn) : ? nRF905 作為短距離單片式無線收發(fā)芯片具有低功耗、抗干擾性強(qiáng)、傳輸速率相對較快的特點(diǎn) 。 價(jià)格低廉，開發(fā)平臺(tái)較低，硬件設(shè)計(jì)簡單，開發(fā)周期較短 。 ? 可應(yīng)用于數(shù)據(jù) 采集、無線抄表、門禁系統(tǒng)、 機(jī)器人控制等領(lǐng)域，因此具有廣闊的市場空間和發(fā)展?jié)摿?。 液滴檢測方案選擇 方案一 :用壓力傳感器來進(jìn)行測量的方法。壓力傳感器主要是利用壓力的效應(yīng)而造成的 ， 在輸液瓶的下方加一個(gè)壓力傳感器 ,通過壓力的大小的變化情況來判斷是不是有液滴滴下 ， 壓力傳感器的價(jià)格低廉、抗干擾的能 力突出而且使用壽命也長。但是在本次設(shè)計(jì)中不容易實(shí)現(xiàn) ，實(shí)驗(yàn) 結(jié)果的誤差會(huì)較大。 方案二 :用可見光二極管和光敏三極管共同組成的傳感器來測量