【正文】 本次設計是對于目現(xiàn)在輸液過程中存在一系列的醫(yī)療事故而設計的一整套智能輸液系統(tǒng)。 下位機設計 就是 把硬件傳送 電路板放在病人那端 ,是以 AT89S52 作為控 制芯片設計的 ,外圍電路是必須加的 ,來 實現(xiàn)聲光 報警、數(shù)碼顯示、 液滴檢測 、液位檢測 等功能 ,然后通過無線傳輸模塊 PTR8000 把相應的數(shù)據(jù)傳送出去。在醫(yī)療監(jiān)護領域， 傳統(tǒng)的監(jiān)護手段己經(jīng)不能滿足當今多元化、信息化、個性化的醫(yī)療監(jiān)護需求。在人為控制下有時如果不小心將會給安全設施帶來很大的麻煩，而且人工控制滴速精度也很難掌握，傳統(tǒng)臨床輸液中有患者、陪護或醫(yī)護人員隨時觀察監(jiān)視藥液余量的情況 ,牽扯到的精力大、效率低、還不利于病區(qū)的綜合管理的弊端。 課題的研究現(xiàn)狀 目前世界上最大的醫(yī)療器械市場是日本、美國、歐盟，但公認的最有潛力的市場卻是中國。 國外對智能輸液裝置的研究比較早，如日本、美國和德國等國家在上個世紀八十年代末就進行了智能輸液裝置的研制。不過總的來說功能也只是側重于精確輸液控制，種類比較少，性能也需要改進。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。因為我國到現(xiàn)在還沒有醫(yī)療器械管理的有關法規(guī)，所以造成一些本應淘汰、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?？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。下位機以單片機為核心構成輸液監(jiān)控設備，完成對某一具體輸液過程的監(jiān)控。 系統(tǒng)各個軟硬件的設計完成后，測試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有： 床位號并 設置病床輸液滴速和輸液總量 。 算剩余的時間。 泰山學院本科畢業(yè)設計 4 2 總體方案的設計和工作原理 設計方案的選擇 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]。要遵循胡克定律，通過測量重力的輸液瓶和瓶液位 報警設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。利用 光電接收器 把 光強的變化轉成 電信號 而輸出。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，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，那么輸液的 狀態(tài) 就會被 遠程監(jiān)控，整體結構 非常簡單，有效的 監(jiān)測。射頻網(wǎng)絡中繼網(wǎng)絡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。但射頻信號容易受到干擾 ,對接受設備的抗干擾要求高。所以結合智能控制技術 ,根據(jù)具體要求給出數(shù) 學模型 ,再由數(shù)學模型給出數(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) ,具有自學習、修復記憶、 補償、判斷、決策能力。 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。數(shù)據(jù)傳送時受到的干擾也比較小 ,傳輸性能好。 其轉速要比電機在負載時的轉速高很多 。 直流電機上電后 立馬轉動，掉電后慣性較大，停機時還要轉動一定角度后才可停下來。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。 因此選擇方案三。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。它的 功率等級、 中心高、 安裝尺寸 都 符合 IEC 國際電工委員會標準。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。 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 。 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。 與光敏二極管相比 ， 光敏三極管則有很大光電流放大的作用 ， 但是較高靈敏度也存在弊端，其在系統(tǒng)中應用時有可能導致滴速測量的不準確 ， 采用了大功率的光敏三極管正好可以彌補這一遺憾 ， 不過他的功耗太大 ， 容易造成不必要的浪費。 因此，本文所設計的系統(tǒng)采用了方案三。 如圖 3所示： 圖 3 主站框架圖 當本文的輸液監(jiān)控系統(tǒng)處在工作狀態(tài)時， PTR8000 模塊收 到數(shù)據(jù)后，立即把它傳送給 PC 機，監(jiān)控管理的軟件在接收到了該輸液數(shù)據(jù)之后，就將它保存到了數(shù)據(jù)庫，然后經(jīng)過調(diào)用監(jiān)控的模塊，把各個輸液狀態(tài)顯示到用戶界面上，管理者就可清晰的知道各輸液情況，若輸液過程中發(fā)生異常，系統(tǒng)就會發(fā)出聲光報警。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。掉電保護方式下 ， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結，單 片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 工作電壓 全雙工 UART 串行中斷口線中斷喚醒省電模式雙數(shù)據(jù)寄存器指針當我們對 P0 口寫入 “ 1”時，此引腳就用作高阻抗輸入來使用。我們知道在程序校驗時，需要合適的外部上拉電阻。此 外，泰山學院本科畢業(yè)設計 13 會作為 計數(shù)器 /定時器 2的外部計數(shù) 的 輸入 端口 ， 會作為 計數(shù)器 /計時器2 觸發(fā)的 輸入 端口。當該端口被當作輸入口來使用時，在外部被拉低的引腳在內(nèi)部電阻的作用下，將輸出 IIL 型電流。當在用 flash 編程和校驗的時候， P2 端口會依據(jù)接收到的高 8 位地址字節(jié)和控制信號來工作。 P3 端口也可以作為 AT89S52 的特殊功能來使用。通俗來說，鍵盤就是一組按規(guī)則來排列的開關。 按照接口原理，鍵盤可以分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤兩大類。非編碼式鍵盤只是簡單提供了行列矩陣，其它的工作都是由軟件來完成。機械式的按鍵在按下或者放開時，在機械彈性的作用下，通常會伴隨一定時間內(nèi)觸點的機械抖動 ，而后觸點才可以穩(wěn)定下來。為了避免 觸點 機械抖動產(chǎn) 生 檢測誤判，就必須采取除抖動的措施，可以從硬、軟件兩個方面進行考慮。 而 每 一 次只對一個按鍵進行處理，在此期間對于何種按鍵操作對 此系統(tǒng)都不會產(chǎn)生影響，并且無論每 次的按鍵時間是多長，系統(tǒng)只完成 一次按鍵 操作 的程序 功能 。泰山學院本科畢業(yè)設計 16 當按鍵未按下時，行線會處在高電平的狀態(tài)下；當按鍵按下時，行線和列線將會導通，此時，行線的電平將會由與此線相連接的列線的電平來決定。 74HC164是 8 位 的 邊沿 觸發(fā) 式 的 移位寄存器， 它是 串行 的 輸入數(shù)據(jù)，然后 再 并行 的 輸出。顯示電路的功能是顯示電壓與滴速 ,開機顯示了電壓的電量 ,醫(yī)務人員會根據(jù)實際情況決定是否應需要插入電源 ,保證輸液過程的正常工作。二是輸液的過程中 ,如果病人保持一個固定的動作，很快就會感覺到手麻 ,在稍微的移動了一下 ,液滴的速度就可能發(fā)生過快或者過慢的現(xiàn)象 ,但是液速很快會 恢復正 常情況， 這是不可避免的，這也屬正常的情況 ,不必發(fā)出報警 ,盡量的減少了醫(yī)務人員的工作量 ,若持續(xù)時間超過 30 秒 ,就可能是發(fā)生了血管的堵塞現(xiàn)象 ,或者是針頭松掉了 ,這時應該及時地報警，提醒護士進行相應地處理 [8]。蜂鳴器需要較大的工作電流 ,單片機的輸入 /輸出端口不能驅(qū)動其工作 ,一般需要采用三極管或者是其他的放大器件放大電流后才行。由信號采集電路原理圖可以看出， 當藥瓶內(nèi)的液體液面處于光路的上面時 (或者液滴滴下切斷了光路 )，紅外發(fā)射的二極 Send1 射出的光就不能被 紅外接收的二極管Receive1 所接收，從而 Receive1 就截止了，晶體管也就截止了， OP07 的輸出端是高電平了；當藥瓶內(nèi)的液體液面慢慢下降到光路的附近時 (或者沒有了液滴滴下時 )，紅外發(fā)射的二極管 Send1 所射出的光就能被紅外接收的二極管 Receive1 所接收，從而 Receive1 就導通了，晶體管也導通了， OP07 的輸出端就是低電平了，此時的單片機就產(chǎn)生了外部中斷，驅(qū)動相應的電路來發(fā)出相應的報警信號，然后通知醫(yī)務人員來采取緊急措施，從而達到了采集數(shù)據(jù)以及控制報警的目的。因為本文的越限報警的電路只是需要工作在液體下降至紅外的發(fā)射接收的通路高度之下，所以本文的傳感器單元所接收的信 號無需經(jīng)過濾波環(huán)節(jié)，只是需要放大工作即可，出于信號的傳輸損耗越小的考慮，本文將初級放大單元的電路和傳感器單元一起設計安裝在了儲液瓶的旁邊。 電路圖如下圖所示： IC 采用集成穩(wěn)壓器 7805， C C2分別為輸入端和輸出端濾波電容， RL為負載電阻。所以只有將合乎設計的要求的嵌入式的軟件控制程序下載至相應的硬件電路板之上 ,系統(tǒng)的各個部分才能夠正常運行 ,完成預期。串口數(shù)據(jù)的通信過程里的發(fā)送和接收必須要通過中斷來進行實現(xiàn)，因此必須要設置串口中斷方式；二是對于外部 的 中斷 0 的設置，在輸液的監(jiān) 控系統(tǒng)的過程中，當有液滴滴下的時候，液滴的檢測電路會捕捉所產(chǎn)生 電信號的來源 ，再發(fā)出 1 個數(shù)字 的 脈沖信號，送到單片機的內(nèi)部使其產(chǎn)生了 1 個外部 的中斷 0。此方法用除法操作，如果點滴速度比較快，測量誤差也較大。利用乘法計算來算出滴速，此法存在一定弊端，如 果單位時泰山學院本科畢業(yè)設計 21 間里的點滴數(shù)目不是整數(shù)，就容易存在測量的誤差。 中斷計數(shù) A B 中斷計數(shù) 圖 14 脈沖電路圖 定時器 T 0 的定時時間是 200us， 當系統(tǒng)檢測到有脈沖信號發(fā)出時，程序就開始進行相應的中斷處理，將計數(shù)器里存儲的內(nèi)容讀出來，然后將計數(shù)器進行清零，作為了記錄脈沖信號的初始值，將其計 為 COUNT=0， 當定時器的時間到達了 200us 時，程序中斷就會檢測輸入的信號是否是有脈沖信號，同時將計數(shù)器進行加1的操作，即計 COUNT=1， 另外設置計數(shù)器 COUNT=1 所記錄的檢測到的脈沖信號的個數(shù)，設置計數(shù)器 COUNT=1 存儲單元為 10，這樣就可循環(huán)存儲脈沖的個數(shù)。 根據(jù)以上 的分析， 在輸液進程中滴下 的液滴 的 數(shù)量 最主要開始 定時 200us 設置計數(shù)器COUNT=0 設置計數(shù)器COUNT1=0 定時結束 退出中斷 COUNT 加 1 檢測到脈沖信號 COUNT1 加 1 泰山學院本科畢業(yè)設計 23 是利用程序?qū)?INT0 傳送來的信號邊緣進行檢測計數(shù) ， 并且在程序中使 用 R4 計數(shù)器加 1 來實現(xiàn)對液滴的 計數(shù)。 在本次設計中若出現(xiàn)以下情況下時就會進行報警：①當輸液正常完成時，這時最后一滴液體以后就沒有液滴滴下了，這就相當于兩滴液體的間隔時間為無窮大，即遠遠大于 4s 的定時，這時 R4 的值就不會發(fā)生變化，就開始報警；②輸液因意外情況而發(fā)生中斷的，這時當中斷前的某一液滴滴下后，再就沒有其他液滴滴下了，其與第一種現(xiàn)象是相同的，這時 R4的值也不會變化，也發(fā)出報警 信號；③輸液太慢時，兩液滴滴下的時間間隔超過了四秒，這時 R4 的值也不會變化，也報警。 歡迎界面 的 設計 輸液監(jiān)控管理軟件是在 Windows 環(huán)境下的一個可視窗口程序，是一套 具有很開始 狀態(tài)燈顯示 有液滴滴下 顯示發(fā)送數(shù)據(jù) 開始 無線模塊初始化 有數(shù)據(jù)發(fā)送 接收數(shù)據(jù) 液滴是否結束 聲光報警 結束 結束 泰山學院本科畢業(yè)設計 25 大實用價值 且 操作方便 的 管理軟件。 如圖 17 所示 : 圖 17 登陸界面 監(jiān)控 /報警界面設計 監(jiān)控和報警的界面如下圖所示，其中 1 至 100 表示了從站系統(tǒng)床位的編號，綠燈就說明輸液的情況一切正常，紅燈表示輸液過程中出現(xiàn)了異?；蛘咻斠和瓿?，其中異常情況主要是指輸液速度過快或太慢從而超出正常范圍，灰色的燈表示從站與主站的通信發(fā)生中斷，其原因可能是從站未開啟。 由 圖 20可以知道，從站 2 上通信參數(shù)和從站 1 完全相同，但是輸液情況是實際速度為 118 滴 /分鐘，而預設速度是 120 滴 /分鐘，此時不能引起報警，滴速在 20~140 滴 /分鐘都是在系統(tǒng)允許的速度范圍之內(nèi)，當液速出現(xiàn)偏差的時 候，系統(tǒng)對液速調(diào)整需要一定時間。 泰山學院本科畢業(yè)設計 28 5 聯(lián)機調(diào)試 硬件調(diào)試 第一步是通電觀察階段。我們將信號的輸入端加上了固定的電平信號，在進行了直流測試，這時可以利用萬用