【正文】 種普及到每一位輸液病人才能有實際意義的產(chǎn)品，使用方便并且價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。而且整體造價低，沒有使用成本，有很強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%以上是個體的診所和縣以下的基層醫(yī)療機構(gòu)。在這些醫(yī)療機構(gòu)中，所擁有的醫(yī)療儀器和設(shè)備有15%左右是 20世紀 70年代前后的產(chǎn)品，有 60%是上世紀 80年代中期以前的產(chǎn)品。因為我國到現(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 3 除此之外，我國還有很多科研醫(yī)療的機構(gòu) ,不少企業(yè)開發(fā)的輸液裝置都申報了專利。但是由于其穩(wěn)定性、可靠性和靈敏度等方面還達不到實際要求 ,所以這些專利很少在現(xiàn)實中得到應(yīng)用?？傊?,我國對智能輸液裝置的研制比較晚，點滴輸液自動化得到普及 ,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)。以單片機為核心，設(shè)計出一個監(jiān)測與控制液體點滴速度的裝置，能檢測點滴速度，控制點滴速度，并能發(fā)出報警信號。它 由下位機和上位機組成。下位機以單片機為核心構(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、聲光報警模塊及 PTR8000 模塊。由 PC機和 PTR8000 模塊構(gòu)成上位機，收集從站反饋來的實時信息，進行遠程的監(jiān)控與報警，與此同時通過數(shù)據(jù)庫了解病人的基本信息。 整個系統(tǒng)主要包括四個設(shè)計模塊： ，包括液滴信號的采集和液位信號 的采集； ，包括實時數(shù)據(jù)的顯示、處理及控制； 電路 的設(shè)計 ； ， 主要為主站 無線接收模 塊PTR8000 與單片機之間的 SPI 通信。 系統(tǒng)各個軟硬件的設(shè)計完成后，測試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有： 床位號并 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 報警信號，并計算出實際的輸液滴速 。 有效控制步進電機 ，來 自動調(diào)整滴速 。 來 估計總滴注時間 。 算剩余的時間。 數(shù)碼管顯示器，通信相關(guān)的信息在 PC機顯示。 過 PTR8000 模塊 顯示 的床位數(shù)，測量速度以無線方式傳送到 PC機中 ，實現(xiàn)實時監(jiān)控的目的 。 基于 VC++的 Msc 控件設(shè)計合理的人機互動界面。 泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 4 2 總體方案的設(shè)計和工作原理 設(shè)計方案的選擇 第一種方案是使用 彈簧輸液報警器 ,該報警裝置是由一個可以控制的音樂集成塊 ,彈簧及兩塊電池組成 [1]。 輸液報警器掛在彈簧上，使輸液容器的重力轉(zhuǎn)化為彈簧的壓縮力，輸液結(jié)束時，彈簧回縮報警電路被接通，聲光報警，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警裝置 [2]。由彈簧，機架齒輪組的機械零件的裝置。要遵循胡克定律，通過測量重力的輸液瓶和瓶液位 報警設(shè)備指針來間接測量水平的變化和變化中的報警電路開啟時，在接觸的金屬觸點來實現(xiàn)報警。這個裝置是主要的機械原理液位測量，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 時得到 衍射 ,而 光電接收器 收到衍射光 后 ,則 顯示信號 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 強度發(fā)生 改變。利用 光電接收器 把 光強的變化轉(zhuǎn)成 電信號 而輸出。最后通過顯示的技術(shù)將電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字顯示 ,達到對物體質(zhì)量進行讀數(shù)的目的。但該裝置怎么樣應(yīng)用于輸液報警 ,其夾持機構(gòu)和測量精度是一個大難題 ,故沒有得到推廣。 第四種方案是使用新型 PC，攝像頭，計數(shù)模塊和顯示，攝像頭定位裝置，其中相機連接到 PC，輸液液滴的圖像和拍攝的圖像的顯示畫面轉(zhuǎn)移到計數(shù)模塊被安裝在個人電腦主機，用于相機所獲取的圖像信息的收集和分析，計算 處理 ,和液滴的數(shù)量，該計算結(jié)果的數(shù)值將被顯示在顯示器上。實用新型計數(shù)模塊以及 顯示，攝像頭， PC 主機， PC,使用現(xiàn)有的技術(shù)，易于實現(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) 就會被 遠程監(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 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)管理和射頻機可用膨脹螺栓安裝在墻上的走廊或直接進入走廊天花板上，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，不影響整個系統(tǒng)的醫(yī)院在安裝過程中的正常運轉(zhuǎn) 。 作為總結(jié)， 其特點是體積小、功耗低、安裝便捷。但射頻信號容易受到干擾 ,對接受設(shè)備的抗干擾要求高。所以不便使用。 在輸液過程中會有很多外界隨機事件 ,如病人的誤動作、液體氣泡等都會影響液滴的重量 ,導(dǎo)致誤測 ,甚至引發(fā)誤報警。然而本 系統(tǒng)需要每一個床位安裝一臺 ,與床頭已有的報警系統(tǒng)相聯(lián)系 ,利于實時監(jiān)控 ,隨時可以改變輸液時液滴的流速 ,同時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、 補償、判斷、決策能力。 設(shè)計方案總體結(jié)構(gòu) 本次設(shè)計采用光電檢測與單片機控制，通過 PTR8000 模塊無線傳輸實現(xiàn)對病人輸液過程的控制?？梢詫崿F(xiàn)功能為： （ 1）設(shè)置輸液時間和速度（ 2）他們的 PTR8000模塊的遠程監(jiān)控輸液速度 和輸液時間（ 3）當(dāng)輸液臨近結(jié)束時或在輸液過程中的發(fā)生異常報警該系統(tǒng)由兩個主要部分組成：（ 1）主機（監(jiān)控中心）通過 PC 和 PTR8000模塊對每個從站遠程監(jiān)控和報警，收集實時數(shù)據(jù)了解 病人的基本信息。 （ 2） 從站，由單片機系統(tǒng)組成，對一個特定的輸液過程進行控制 。 它包括：滴速控制模塊、鍵盤與顯示模塊、聲光報警模塊及 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 滴速控制模塊 顯示模塊 聲光報警模塊 滴位檢測模塊 鍵盤模塊 PTR8000 模塊 上 位 機 泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 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)點是價格低廉而且簡單容易操作 ,但是最大的缺點是精度比較低 ,不易于功能的擴展。 方案二 :采用 AT89S52 單片機系統(tǒng) 來實現(xiàn)，可用軟件編程實現(xiàn)復(fù)雜的計算和控制。這種方案使系統(tǒng)中需要的鍵盤的設(shè)定和動態(tài)顯示滴速等功能顯示比較方便，并且可以實現(xiàn)主站與從站之間的通信。數(shù)據(jù)傳送時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。 電機方案的選擇 方案一 ： 伺服電機。 伺服電機可以接收電信號，然后轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動軸上的角速度與角位移 。 其轉(zhuǎn)速要比電機在負載時的轉(zhuǎn)速高很多 。 但是就伺服電機的使用情況來說，多數(shù)是在低的轉(zhuǎn)動慣量、高的啟動轉(zhuǎn)矩和大轉(zhuǎn)矩的系統(tǒng)里。并且伺服電機的價格較高，很少使用。 方案二 ： 直流電機。 直流電機上電后 立馬轉(zhuǎn)動，掉電后慣性較大，停機時還要轉(zhuǎn)動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 7 方案三 ： 步進電機。 步進電機主要是把電脈沖信號轉(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 ,動態(tài)響應(yīng)快 [7]。價格適中，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。步進電機每輸入一個脈沖信號，轉(zhuǎn)子就會轉(zhuǎn)過一個角度，步進電機會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，步進電機的轉(zhuǎn)速也與脈沖頻率成正比例關(guān)系。本文以單片機為核心，控制了步 進電機的工作，其控制信號是數(shù)字信號，也就不需要數(shù)／模轉(zhuǎn)換了。其具有了快速的啟／停能力，可以在一剎那實現(xiàn)啟停動作，并且其步距角的降低較小，延時短，定位準(zhǔn)確，精度高，可操作性較強。 因此選擇方案三。 步進電動機的選型 機電一體化 的產(chǎn)品 關(guān)鍵部件之一 就是步進電動機，一般 被用作定位 的 控制和定速 的 控制。步進電機 定位精度高、 慣量低、 控制簡單、沒有累積誤差 等特點。 在 選擇步進電 動 機 的 時 候，最 先要保證 的是 步進電 動 機的輸出功率 必須要 大于負載所需 要的功率。但在選取 功率步進電 動機時，首先要計算機械 的負載 所需轉(zhuǎn)矩，電 動 機的 矩頻特性 在一定程度 能滿足機械 的 負載并 且有 的余量 能 保證 它的運行可靠。在實際 的工作進程中，各個頻率下 負載 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 機， 那么 負載力矩 就 大。 Y系列三相異步電動機一般用 在 鼠籠型異步電動機基本系列，全國統(tǒng)一設(shè)計。它的 功率等級、 中心高、 安裝尺寸 都 符合 IEC 國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品可以和國內(nèi)外各類機械設(shè)備配套。 Y 系列電機具有效率高 、 振動小、 噪聲低、 能耗少、 重量輕、 體積小 ，維護方便 ， 性能優(yōu)良 、 運行可靠 等優(yōu)點。 泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 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) 機座號 凸緣號 極數(shù) 機座 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 。 其顯著特點是： ? 通信距離 100～ 300 米 (433MHz), 10～ 40 米 () ? 所需外圍元件少，設(shè)計方便 泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 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 ，待機電流為 2μ A 采用低價格的單 片機和無線收發(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 : ? 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、傳輸速率相對較快的特點 。 價格低廉，開發(fā)平臺較低，硬件設(shè)計簡單，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)計中不容易實現(xiàn) ，實驗 結(jié)果的誤差會較大。 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