【正文】 本次設(shè)計(jì)是對(duì)于目現(xiàn)在輸液過程中存在一系列的醫(yī)療事故而設(shè)計(jì)的一整套智能輸液系統(tǒng)。 下位機(jī)設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)的 ,外圍電路是必須加的 ,來 實(shí)現(xiàn)聲光 報(bào)警、數(shù)碼顯示、 液滴檢測(cè) 、液位檢測(cè) 等功能 ,然后通過無線傳輸模塊 PTR8000 把相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送出去。在醫(yī)療監(jiān)護(hù)領(lǐng)域， 傳統(tǒng)的監(jiān)護(hù)手段己經(jīng)不能滿足當(dāng)今多元化、信息化、個(gè)性化的醫(yī)療監(jiān)護(hù)需求。在人為控制下有時(shí)如果不小心將會(huì)給安全設(shè)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(hù)或醫(yī)護(hù)人員隨時(shí)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(chǎng)是日本、美國(guó)、歐盟，但公認(rèn)的最有潛力的市場(chǎng)卻是中國(guó)。 國(guó)外對(duì)智能輸液裝置的研究比較早，如日本、美國(guó)和德國(guó)等國(guó)家在上個(gè)世紀(jì)八十年代末就進(jìn)行了智能輸液裝置的研制。不過總的來說功能也只是側(cè)重于精確輸液控制，種類比較少，性能也需要改進(jìn)。而且整體造價(jià)低，沒有使用成本，有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和推廣前景。因?yàn)槲覈?guó)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(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。總之 ,我國(guó)對(duì)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(zhǎng)的路要走。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(duì)某一具體輸液過程的監(jiān)控。 系統(tǒng)各個(gè)軟硬件的設(shè)計(jì)完成后，測(cè)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 。 算剩余的時(shí)間。 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]。要遵循胡克定律，通過測(cè)量重力的輸液瓶和瓶液位 報(bào)警設(shè)備指針來間接測(cè)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。利用 光電接收器 把 光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)成 電信號(hào) 而輸出。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(jiǎn)單，有效的 監(jiān)測(cè)。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。但射頻信號(hào)容易受到干擾 ,對(duì)接受設(shè)備的抗干擾要求高。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。 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(cè)模塊。數(shù)據(jù)傳送時(shí)受到的干擾也比較小 ,傳輸性能好。 其轉(zhuǎn)速要比電機(jī)在負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速高很多 。 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。價(jià)格適中，控制精度較高，適用于較為精確的測(cè)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(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。它的 功率等級(jí)、 中心高、 安裝尺寸 都 符合 IEC 國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。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(duì)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(cè)方案選擇 方案一 :用壓力傳感器來進(jìn)行測(cè)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(yīng)用時(shí)有可能導(dǎo)致滴速測(cè)量的不準(zhǔn)確 ， 采用了大功率的光敏三極管正好可以彌補(bǔ)這一遺憾 ， 不過他的功耗太大 ， 容易造成不必要的浪費(fèi)。 因此，本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用了方案三。 如圖 3所示： 圖 3 主站框架圖 當(dāng)本文的輸液監(jiān)控系統(tǒng)處在工作狀態(tài)時(shí)， PTR8000 模塊收 到數(shù)據(jù)后，立即把它傳送給 PC 機(jī)，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(gè)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(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。掉電保護(hù)方式下 ， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單 片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)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(dāng)我們對(duì) P0 口寫入 “ 1”時(shí)，此引腳就用作高阻抗輸入來使用。我們知道在程序校驗(yàn)時(shí)，需要合適的外部上拉電阻。此 外，泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 會(huì)作為 計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器 2的外部計(jì)數(shù) 的 輸入 端口 ， 會(huì)作為 計(jì)數(shù)器 /計(jì)時(shí)器2 觸發(fā)的 輸入 端口。當(dāng)該端口被當(dāng)作輸入口來使用時(shí)，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(dāng)在用 flash 編程和校驗(yàn)的時(shí)候， P2 端口會(huì)依據(jù)接收到的高 8 位地址字節(jié)和控制信號(hào)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(guān)。 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(jiǎn)單提供了行列矩陣，其它的工作都是由軟件來完成。機(jī)械式的按鍵在按下或者放開時(shí)，在機(jī)械彈性的作用下，通常會(huì)伴隨一定時(shí)間內(nèi)觸點(diǎn)的機(jī)械抖動(dòng) ，而后觸點(diǎn)才可以穩(wěn)定下來。為了避免 觸點(diǎn) 機(jī)械抖動(dòng)產(chǎn) 生 檢測(cè)誤判，就必須采取除抖動(dòng)的措施，可以從硬、軟件兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。 而 每 一 次只對(duì)一個(gè)按鍵進(jìn)行處理，在此期間對(duì)于何種按鍵操作對(duì) 此系統(tǒng)都不會(huì)產(chǎn)生影響，并且無論每 次的按鍵時(shí)間是多長(zhǎng)，系統(tǒng)只完成 一次按鍵 操作 的程序 功能 。泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 當(dāng)按鍵未按下時(shí)，行線會(huì)處在高電平的狀態(tài)下；當(dāng)按鍵按下時(shí)，行線和列線將會(huì)導(dǎo)通，此時(shí)，行線的電平將會(huì)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(jī)顯示了電壓的電量 ,醫(yī)務(wù)人員會(huì)根據(jù)實(shí)際情況決定是否應(yīng)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(gè)固定的動(dòng)作，很快就會(huì)感覺到手麻 ,在稍微的移動(dòng)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(huì) 恢復(fù)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(bào)警 ,盡量的減少了醫(yī)務(wù)人員的工作量 ,若持續(xù)時(shí)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(shí)應(yīng)該及時(shí)地報(bào)警，提醒護(hù)士進(jìn)行相應(yīng)地處理 [8]。蜂鳴器需要較大的工作電流 ,單片機(jī)的輸入 /輸出端口不能驅(qū)動(dòng)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(hào)采集電路原理圖可以看出， 當(dāng)藥瓶?jī)?nèi)的液體液面處于光路的上面時(shí) (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(dāng)藥瓶?jī)?nèi)的液體液面慢慢下降到光路的附近時(shí) (或者沒有了液滴滴下時(shí) )，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(dǎo)通了，晶體管也導(dǎo)通了， OP07 的輸出端就是低電平了，此時(shí)的單片機(jī)就產(chǎn)生了外部中斷，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電路來發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，然后通知醫(yī)務(wù)人員來采取緊急措施，從而達(dá)到了采集數(shù)據(jù)以及控制報(bào)警的目的。因?yàn)楸疚牡脑较迗?bào)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(hào)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(hào)的傳輸損耗越小的考慮，本文將初級(jí)放大單元的電路和傳感器單元一起設(shè)計(jì)安裝在了儲(chǔ)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(fù)載電阻。所以只有將合乎設(shè)計(jì)的要求的嵌入式的軟件控制程序下載至相應(yīng)的硬件電路板之上 ,系統(tǒng)的各個(gè)部分才能夠正常運(yùn)行 ,完成預(yù)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(jìn)行實(shí)現(xiàn)，因此必須要設(shè)置串口中斷方式；二是對(duì)于外部 的 中斷 0 的設(shè)置，在輸液的監(jiān) 控系統(tǒng)的過程中，當(dāng)有液滴滴下的時(shí)候，液滴的檢測(cè)電路會(huì)捕捉所產(chǎn)生 電信號(hào)的來源 ，再發(fā)出 1 個(gè)數(shù)字 的 脈沖信號(hào)，送到單片機(jī)的內(nèi)部使其產(chǎn)生了 1 個(gè)外部 的中斷 0。此方法用除法操作，如果點(diǎn)滴速度比較快，測(cè)量誤差也較大。利用乘法計(jì)算來算出滴速，此法存在一定弊端，如 果單位時(shí)泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 間里的點(diǎn)滴數(shù)目不是整數(shù)，就容易存在測(cè)量的誤差。 中斷計(jì)數(shù) A B 中斷計(jì)數(shù) 圖 14 脈沖電路圖 定時(shí)器 T 0 的定時(shí)時(shí)間是 200us， 當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到有脈沖信號(hào)發(fā)出時(shí)，程序就開始進(jìn)行相應(yīng)的中斷處理，將計(jì)數(shù)器里存儲(chǔ)的內(nèi)容讀出來，然后將計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，作為了記錄脈沖信號(hào)的初始值，將其計(jì) 為 COUNT=0， 當(dāng)定時(shí)器的時(shí)間到達(dá)了 200us 時(shí)，程序中斷就會(huì)檢測(cè)輸入的信號(hào)是否是有脈沖信號(hào)，同時(shí)將計(jì)數(shù)器進(jìn)行加1的操作，即計(jì) COUNT=1， 另外設(shè)置計(jì)數(shù)器 COUNT=1 所記錄的檢測(cè)到的脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)，設(shè)置計(jì)數(shù)器 COUNT=1 存儲(chǔ)單元為 10，這樣就可循環(huán)存儲(chǔ)脈沖的個(gè)數(shù)。 根據(jù)以上 的分析， 在輸液進(jìn)程中滴下 的液滴 的 數(shù)量 最主要開始 定時(shí) 200us 設(shè)置計(jì)數(shù)器COUNT=0 設(shè)置計(jì)數(shù)器COUNT1=0 定時(shí)結(jié)束 退出中斷 COUNT 加 1 檢測(cè)到脈沖信號(hào) COUNT1 加 1 泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 是利用程序?qū)?INT0 傳送來的信號(hào)邊緣進(jìn)行檢測(cè)計(jì)數(shù) ， 并且在程序中使 用 R4 計(jì)數(shù)器加 1 來實(shí)現(xiàn)對(duì)液滴的 計(jì)數(shù)。 在本次設(shè)計(jì)中若出現(xiàn)以下情況下時(shí)就會(huì)進(jìn)行報(bào)警：①當(dāng)輸液正常完成時(shí)，這時(shí)最后一滴液體以后就沒有液滴滴下了，這就相當(dāng)于兩滴液體的間隔時(shí)間為無窮大，即遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 4s 的定時(shí)，這時(shí) R4 的值就不會(huì)發(fā)生變化，就開始報(bào)警；②輸液因意外情況而發(fā)生中斷的，這時(shí)當(dāng)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(shí) R4的值也不會(huì)變化，也發(fā)出報(bào)警 信號(hào)；③輸液太慢時(shí)，兩液滴滴下的時(shí)間間隔超過了四秒，這時(shí) R4 的值也不會(huì)變化，也報(bào)警。 歡迎界面 的 設(shè)計(jì) 輸液監(jiān)控管理軟件是在 Windows 環(huán)境下的一個(gè)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(jié)束 聲光報(bào)警 結(jié)束 結(jié)束 泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 大實(shí)用價(jià)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(bào)警界面設(shè)計(jì) 監(jiān)控和報(bào)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(hào)，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)了異常或者輸液完成，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(shí)際速度為 118 滴 /分鐘，而預(yù)設(shè)速度是 120 滴 /分鐘，此時(shí)不能引起報(bào)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(dāng)液速出現(xiàn)偏差的時(shí) 候，系統(tǒng)對(duì)液速調(diào)整需要一定時(shí)間。 泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 5 聯(lián)機(jī)調(diào)試 硬件調(diào)試 第一步是通電觀察階段。我們將信號(hào)的輸入端加上了固定的電平信號(hào)，在進(jìn)行了直流測(cè)試，這時(shí)可以利用萬用