【正文】 ............................................................ 18 第 4 章 輸液監(jiān)控器和接收終端的軟件設(shè)計(jì) ................................................................... 20 167。 通信模塊的設(shè)計(jì) .................................................................................................. 25 167。 課題研究背景 靜脈輸液技術(shù)的運(yùn)用起源于公元 16 世紀(jì)，經(jīng)過 400 多年的發(fā)展逐漸形成一套完整的理論體系，成為最常用，最直接，最有效的臨床治療手段之一。 靜脈輸液技術(shù)推行極大地提高了臨床治療的效率，然而大量的病人同時輸液，護(hù)士的工作壓力甚大，而且一旦產(chǎn)生疏漏，沒有及時換藥，會給病人身體帶來不必要的傷害。主要是因?yàn)槠績?nèi)液體一般不是純凈物，密度不好確定；另外瓶內(nèi)液體是否混合均勻也是影響測量的一個重要因素，因此這種方法實(shí)際上并不可取。 立題依據(jù) 現(xiàn)在醫(yī)院中對輸液的記錄方式還是傳統(tǒng)的人工記錄，都是由護(hù)士或者醫(yī)護(hù)人員對輸液病人的輸液情況進(jìn)行記錄，這種工作方式在患者過多的時就會顯露出缺點(diǎn)。其次，在病人或者家屬都不知道點(diǎn)滴已經(jīng)打完得情況下，護(hù)士不能及時換藥或拔針，再一次增加了發(fā)生危險的幾率。 本設(shè)計(jì)主要是針對這個問題的，首先是檢測點(diǎn)滴液面，利用光的直線傳播與折射原理，用紅外探頭照射液面并用相應(yīng)的接收裝置接收信號，根據(jù)接收到的模擬信號來檢測液面并報警。同時通過無線告知護(hù)士，無需患者或看護(hù)人叫護(hù)士，護(hù)士能方便攜帶接收終端，而不必值守在護(hù)士站，同時能通過接收終端來協(xié)調(diào)值班力量分配，將醫(yī)生和護(hù)士從復(fù)雜的記錄數(shù)據(jù)中解放出來，增加了醫(yī)護(hù)人員的值班效率。利用按鍵可以停止語音報警并且可以即時查詢已經(jīng)存儲的房間號與床號。輸液監(jiān)控器上還帶有手動報警按鈕，可用于呼叫護(hù)士； ② 便 攜式護(hù)士終端采用雙向無線數(shù)字通信，具有語音和振動提示功能，內(nèi)嵌智能化管理程序，能夠按報警先后順序，報警類型合理顯示報警信息，方便護(hù)士查看，同時護(hù)士能通過按 “處理 ”鍵來協(xié)調(diào)由誰去處理報警，以提高醫(yī)院護(hù)理效率。 主要技術(shù)指標(biāo)： ① 誤報率小于 %； ② 無線收發(fā)距離大于 100 米，報警延遲小于 2 秒； ③ 能設(shè)定 999 個房間號，每個房間設(shè)定 10 張床位號； ④ 可同時支持 10 臺護(hù)士終端設(shè)備； 4 第 2 章 點(diǎn)滴無線報警的基本理論 167。 另一種方法就是利用紅外對管進(jìn)行液面檢 測，紅外對管檢測技術(shù)采用無接觸檢測技術(shù)和無損檢測技術(shù)，絲毫不影響輸液的化學(xué)性質(zhì)和治療效果，對發(fā)展新型診斷監(jiān)護(hù)系統(tǒng)來說，無接觸檢測技術(shù)和無損檢測技術(shù)是人們最愿意接受的技術(shù)?？偹苤?，光在液體中也是直線傳播，但是在液體和空氣中間交接的地方會發(fā)生折射，這時候大部分的光都會被液面折射走，只有很少的一部分光線能繼續(xù)沿直線傳播（如圖 22 所示）。 5 圖 22 利用光的折射圖 考慮到本設(shè)計(jì)是在醫(yī)用點(diǎn)滴上使用，綜合安全、穩(wěn)定、成本等因素，就采用了利用的光的折射的原理的設(shè)計(jì)。 市面上運(yùn)用最多的是 的無線傳輸頻率。由于 信號頻率過高，所以該信號的穿墻能力并不是很好。 低頻率段無線模塊使用相對較多的是 433MHz 的頻率。信號本身傳輸距離短，可用 GFSK 調(diào)制方式解決。 由于 433MHz 的頻率較低，所以對障礙物的穿透里能力很強(qiáng)。關(guān)于檢測點(diǎn)滴液面的部分的裝 置的設(shè)計(jì)也是五花八門，常見的基本上也就是兩種，即固定式檢測及非固定式檢測。但是這種做法存在很多的不足。所以固定式檢測的應(yīng)用方面并不是很廣泛。第一，設(shè)備是直接放置在輸液管上的，所以裝置體積小、輕便，易于護(hù)士安裝和攜帶。非固定式檢測的不足就是裝置是可移動的，易損壞、易丟失。 接 收終端的工作方式 接收終端的接收方式目前有兩種，固定式接收方式和移動式接收方式。還有的醫(yī)院在護(hù)士外邊放置一塊大屏幕，將在護(hù)士站內(nèi)部顯示的信息用這種大屏幕顯示出來，方便不在護(hù)士站的護(hù)士來回查詢。這種方式就大大降低的護(hù)士的工作效率，如果大家都聽到報警以后就都會跑回護(hù)士站，但是處理問題的只要一個護(hù)士就可以，這就浪費(fèi)的勞動力，也加大了護(hù)士的工作量，也容易使病患發(fā)生危險。在手持終端上會顯示哪個病房哪個病床的病人是需要拔針還是換藥或者是異常報警，當(dāng)有護(hù)士點(diǎn)處理時，其他的終端會結(jié)束報警，并顯示是哪個護(hù)士去處理。 8 第 3 章 輸液監(jiān)控器和接收終端的總體設(shè)計(jì) 167。 本實(shí)用新型提供的一種便攜式智能化輸液管理裝置包括一個輸液中心管理器、多個輸液監(jiān)控器和多個護(hù)士手持終端機(jī)；輸液監(jiān)控器、護(hù)士手持終端機(jī)分別和輸液中心管理器連接；輸液中心管理器置于護(hù)士站，輸液監(jiān)控器使用時置于病房的輸液管上，護(hù)士手持 終端機(jī)使用時每位護(hù)士一個； 輸液監(jiān)控器包括第一 MCU（ MCU是 Micro Control Unit 的縮寫，中文名稱為單片機(jī)）及與其連接的液位檢測傳感器、輸液管阻斷器、第一無線通信模塊、聲光報警單元、第一鍵盤單元、第一低電壓檢測單元和第一電源。其工作原理如下：在輸液管的細(xì)管兩側(cè)分別放置紅外發(fā)光二極管和光敏三極管，使傳感器發(fā)出的光線與輸液管有一斜夾角，輸液正常時，輸液管里面充滿液體，當(dāng)液位下降到紅外光線正好穿過液面時，光線發(fā)生折射，此時，光敏三極 管接收到的光將減少，從而導(dǎo)致光敏三極管兩端的電壓增大，將該電壓與電壓比較器設(shè)定的初始電壓進(jìn)行比較，電壓比較器將會在高低電平間轉(zhuǎn)化，將此信號作為外部中斷信號，就能觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷，從而確定輸液到達(dá)報警液位及實(shí)現(xiàn)報警功能。 便攜式護(hù)士終端采用雙向無線數(shù)字通信，具有語音和振動提示功能，內(nèi) 嵌智能化 MCU 聲光報警 阻斷裝置 數(shù)碼管顯示 按鍵設(shè)置 輸液管 光電開關(guān) 無線發(fā)射 無線模塊 MCU 無線模塊 無線接收 LCD 顯示 按鍵設(shè)置 聲音提示 振動提示 無線發(fā)射 Flash 存儲 10 管理程序，能夠按報警先后順序，報警類型合理顯示報警信息，方便護(hù)士查看，同時護(hù)士能通過按 “處理 ”鍵來協(xié)調(diào)由誰去處理報警，以提高醫(yī)院護(hù)理效率。 Atmega16 是基于增強(qiáng)的 AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率 并且具有比普通的 CISC 微控制器最高至 10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。 圖 34 單片機(jī)最小系統(tǒng) 167。其電路圖如圖 36 所示。模塊外圍元器件極少，模塊大小為 24mm16mm。 自動阻斷模塊 本設(shè)計(jì)采用 L9110 直流電機(jī)驅(qū)動芯片， L9110 是為控制和驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)的兩通道推挽式功率放 大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片 IC 之中，使外圍器件成本降低，整機(jī)可靠性提高。其阻斷原理如圖 311 所示。這樣當(dāng)檢測液面的傳感器檢測到信號以后，單片機(jī)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，將輸液管阻斷或 者是松開，做到了自動阻斷的功能。其電路圖如圖 312 所示。所以，鋰電池長期沒有得到應(yīng)用。 圖 313 電源及電壓檢測電路 17 167。 圖 314 單片 機(jī)最小系統(tǒng) 167。 其電路圖如圖 315 所示。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。在陶瓷片的兩面鍍上銀 電極 ，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。 其基本電路如圖 316 所示。 下面是主程序流程圖： 圖 41 輸液報警器流程圖 無線發(fā)射初始化是否到達(dá)指定液面數(shù)據(jù)無線發(fā)射NY是否發(fā)送成功指示燈亮NY 21 圖 42 便攜式終端流程圖 由輸液報警器和便攜式終端的系統(tǒng)流程圖可知其工作原理。當(dāng)有護(hù)士發(fā)現(xiàn)有輸液監(jiān)控器報警時，按下處理鍵， 這時屏幕上就會顯示出該信息已經(jīng)處理， 同時計(jì)時器開啟。 ON，報警器開機(jī)，并顯示 00000。 ，數(shù)碼管會在 15s 后熄滅，進(jìn)入省電模式。 ：直接將充電器插頭接到監(jiān)控器電源孔，次數(shù)充電器上顯示紅燈，約 5 小時左右充電器顯示綠燈，表示充電完畢。 便攜式護(hù)士終端的 控制流程 ON，便攜式護(hù)士終端進(jìn)入工作狀態(tài)。 ：直接將充電器插頭接到接收器的電源孔，充電器上顯示紅燈，約 5 小時左右充電器顯示綠燈，表示充電完畢。當(dāng)進(jìn)入省電模式之后，有任何操作都會重新喚醒數(shù)碼管顯示。 當(dāng)護(hù)士收到該報警信號時，按下處理按鍵，這時會在屏幕上顯示該報警已經(jīng)有人處理，并顯示是哪個號碼的手持終端 去 處理的， 同時計(jì)時器開始計(jì)時。 通信模塊的設(shè)計(jì) 輸液監(jiān)控器和護(hù)士手持終端的無線通信模塊統(tǒng)一都是 SRW1012，為了實(shí)現(xiàn)無線信號穿透墻壁的能力和方便同一管理，同一采用 433M 通信頻率。 SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時為 PCB 的布局上節(jié)省空間，提供方便，正是出于這種簡單易用的特性，如今越來越多的芯片集成了這種通信協(xié)議。如果 CPOL=0，串行同步時鐘的空閑狀態(tài)為低電平；如果 CPOL=1，串行同步時鐘的空閑狀態(tài)為高電平。 圖 45 SPI 讀寫時序 26 消除了外界的干擾之后，又發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)本身的干擾。 監(jiān)控器與手持終端的通信 當(dāng)某一輸液監(jiān)控器檢測到點(diǎn)滴打完之后發(fā)出報警信號，這個報警信號里面包括 密碼段、第一地址段、第二地址段 和數(shù)據(jù)段 。當(dāng)解碼成功之后，會對后邊的第一地址段進(jìn)行分析， 如果接受到的信號是要送給手持終端的話就進(jìn)行接收，否則視該信息無效。在輸液報警器發(fā)送報警信號的同時會驅(qū)動電機(jī)將輸液管阻斷并發(fā)出聲響提醒病人已經(jīng)打完并完成報警，等待護(hù)士的處理。本設(shè)計(jì)的解決方案就是讓手持終端之間進(jìn)行通信，讓所有的手持終端的信息都保持一致。第二地址里面的地址就是每個設(shè)備的專屬地址，當(dāng)?shù)诙刂芬泊_認(rèn)了以后，才會接受后面數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)，進(jìn)行的相關(guān)的顯示。在紅外對管的輸出端放一個電壓比較器，將比較的結(jié)果傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)。當(dāng)單片機(jī)接收到紅外對管傳輸?shù)男盘枙r，就會當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，帶動偏心輪轉(zhuǎn)動，從而使擋片向前運(yùn)動，起到阻斷輸液管的作用。在進(jìn)行電池供電模塊電路設(shè)計(jì)時， 將 供電源 處鏈接到單片機(jī)的 ADC 輸入管腳上，當(dāng)電壓小于額定電壓時，單片機(jī)會進(jìn)行報警并在一段時間之后停止工作，提醒工作人員更換電池 。 發(fā)射模塊三實(shí)測與所需高度對比，如 表 53所示 表 53 發(fā)射模塊三實(shí)測與所需高度對比 實(shí)測（長度 cm） 所需高度（長度 cm） 測試 1 測試 2 測試 3 測試 4 測試 5 測試結(jié)果：偏差很小， 偏差 ≤。屏幕顯示是人機(jī)交互的必然走勢，相信在以后，越來越多的產(chǎn)品會使用。 通過此次設(shè)計(jì)，我了解的工作原理，學(xué)會了 SPI 協(xié)議并且熟悉了 ALMEGA 16 構(gòu)架使用以及 KEIL3 編譯器的使用等很多軟件和硬件方面的知識。佛朗哥 .基于運(yùn)算放大器和模擬集成電路的電路設(shè)計(jì) .西安：西安交通大學(xué)出版社 [10] 劉天旺 .Protel99SE 電路設(shè)計(jì)應(yīng)用教程 .北京 :電子工業(yè)出版社 2021 [11] 張洪潤，劉秀英，張亞凡 .單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) 200 例 .北京：北京航空航天出版社，2021 [12] 徐瑋，徐富軍，沈建良 .C51 單片機(jī)高效入門 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 [13] 孫俊逸，盛秋林，張錚 .單片機(jī)原理以及應(yīng)用 .北京：人民郵電出版社， 2021 [14] 張淑清，姜萬錄 .單片微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)以及應(yīng)用 .北京：國防出版社， 2021 [15] 胡漢才 .單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì) .北京：清華大學(xué)出版社， 2021 [16] 劉剛，彭榮群 .Protel DXP 2021 SP2 原理圖與 PCB 設(shè)計(jì) .電子工業(yè)出版社， 2021 [17] 楊欣 .電路設(shè)計(jì)與仿真：基于 Multisim8 與 ， 2021 [18] （ 美 ） 拉帕波特 .國外電子與通信教材系列 t charge you more than 35% of your pensation if you win the case. 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