【文章內(nèi)容簡介】 人也會 邊 休息邊等待輸液完成，不會 時時 注意點滴的情況 。 調(diào)速器 的 松動，輸液管的擠壓，都會對輸液速度帶來影響 。 利用 鍵盤 ，可以設(shè)置輸液速度的上下限， 當(dāng)輸液 管或調(diào)節(jié)器發(fā)生異常時，導(dǎo)致點滴速度 異常 ，過慢過快都會產(chǎn)生報警。 報警 裝置就是當(dāng)發(fā)生異常情況 時 ， 比如 瓶中還有藥液，但卻沒有液體滴下來 ，輸液瓶中液體過少，點滴速度過快或者過慢，都會報警，提醒病人和醫(yī)護人員，及時處理異常情況，防止發(fā)生危險 。 點滴檢測 模型 點滴檢測 模型 如圖 ： 西安工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 5 圖 自動監(jiān)測 模型圖 元件 選型方案 進行 設(shè)計時，發(fā)現(xiàn)同一種功能的 ， 可以通過多種方案來實現(xiàn)。 再 查閱了相關(guān)資料 ， 并請教老師后，根據(jù)自己的實際情況，對每種功能提出了多種不同的設(shè)計方案， 并 比較各種設(shè)計方案，確定了最適合的 設(shè)計 方案 。 點滴速度 檢測方案 方案 一： 利用 電容 實現(xiàn)點滴 的檢測。 在滴壺 處 的 兩側(cè)放置電容，并通電，當(dāng)有液體滴下來時， 由于藥液 和空氣屬于不同的介質(zhì)，則會對 電容 產(chǎn)生影響，改變電容 值。 當(dāng)電容值 改變時 ，就說明有液體滴下來，從而產(chǎn)生一個脈 沖 ，記錄點滴滴數(shù) 。 方案 二 ： 利用液位傳感器 。 將 液位 傳感器放在 受液瓶 中，當(dāng)有 液體 滴下來時， 西安工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 6 受液瓶中液位會改變， 液位傳感器 會通過液位是否改變，判斷出是否有液體滴下，并記錄點滴滴數(shù)。 方案 三：利用紅外 收發(fā) 傳感器。 將 紅外收發(fā)器分別放置固定在滴壺的兩端。正常 情況下，紅外接收器會接收到 紅外 發(fā)射器 發(fā)射出的 紅外線，當(dāng) 滴壺 有液體滴下時，會擋住其中的紅外線，紅外接收器沒有接收到紅外線，會傳送回一個 脈沖 ，記錄 點滴滴數(shù) 。 方案確定 ： 方案一 采用電容，由于點滴液體下落速度過快，或者每滴的量太小，電容 的 變化過小， 不容易 檢測到 ， 因此放棄此方案。方案二 利用 液位傳感器，需要 將傳感器放置在受液瓶中，因為藥液屬于無菌，要將對人體的危害降到最低，而液位傳感器需要和 藥物 接觸，不利于病人安全，因此排除方案二。 方案 三， 將紅外收發(fā)器放置在滴壺兩側(cè)即可，不會和藥物接觸，這點優(yōu)于方案二。并且 紅外傳感器 比電容更加敏感，液體滴下來時， 只要 稍微擋住紅外線，就會產(chǎn)生脈沖，靈敏度更高 ， 比方案一簡單 。并且 紅外線傳感器有效距離是 30 厘米 ，稍微 改變位置 或者碰觸，不會引起記錄的不 準(zhǔn)確 ，而方案二受距離和對接 位置 的影響較大?；?以上 原因， 考慮到 成本和簡單性，還有以后的開發(fā)升級 空間 ，最后決定方案三。 液位 檢測方案 方案 一： 同 點滴速度檢測，使用紅外收發(fā)器。 預(yù)設(shè) 輸液瓶需要報警的液位，將紅外收發(fā)器放置在該液位的兩側(cè) 。 通過實驗 得出結(jié)論 ， 在 同一液位高度，兩側(cè)放置 紅外收發(fā)器，水和空氣都能使紅外接收器接收到信號， 但 液體和空氣的接觸面位置，紅外接收器不能接收到紅外線 。 因此 此 方案 有 可行性。 方案 二：使用平行梁傳感器。 將輸液瓶 懸掛于平行梁傳感器下方，預(yù)設(shè)空瓶的重量，在液體流完時，輸液瓶重量達到預(yù)設(shè)值，則報警器報警。 方案 確定： 相對于 方案 二 ，方案 一 的成本更低，硬件結(jié)構(gòu)簡單，更利于推廣。但是， 相對于方案二，方案一的適用范圍 有局限性 。并非所有輸液 都是透明無色或淺色藥液，個別 “ 鉀 ” 之類的藥品，藥液就是深色，當(dāng)藥液為深色時，需要調(diào)整液位檢測的設(shè)置，因為沒有明確的分界點，會對病人醫(yī)護人員帶來麻煩，增加產(chǎn)品使用難度，因此淘汰方案一。 而對 于 方案二 ， 市面上 輸液液體種類 雖然 多，但是 輸液瓶基本都有規(guī)格，并且現(xiàn)在市面上已經(jīng)逐漸淘汰 了 以前的玻璃瓶，統(tǒng)一使用塑料瓶。不同 規(guī)格 的 輸液瓶 ， 玻璃瓶 空瓶重量差別較大，但是塑料瓶 空瓶 的重量 差別小 ， 甚至相對于滿瓶狀態(tài)，塑料空瓶的重量差距可以忽略。 所以 方案二有更好的 兼容性 ，一套設(shè)備就可以使用多種輸液瓶和藥液 ， 選擇方案二。 顯示方案 方案 一： 使用 數(shù)碼管顯示。 采用 兩個數(shù)碼管，就可以顯示點滴的速度，數(shù)碼管具有的優(yōu)點：耐用，不易壞，更換方便，價格低，功耗低等。并且 ， 數(shù)碼管 編程 簡單 ， 顯示數(shù)字 直觀 ，占用資源也比較少。 方案 二：使用 LCD1602。 LCD1602 的 優(yōu)點就是，功耗小，能顯示更多的信息， 西安工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 7 可同時顯示多個 信息， 信息更加全面。 方案 確定：方案二雖然能顯示更多的信息，但是顯示屏幕上的字相對較小，病人或醫(yī)護人員站的稍微遠點，就不能看見上面的字。 而方案 一，顯示直觀，字體大，更方便調(diào)節(jié)滴速 。 并且 ， 當(dāng) 顯示屏 壞了，數(shù)碼管更加容易更換，成本低。而 LCD1602 必須 整體更換，增加了成本。 鍵盤接口 鍵盤是人為向機器輸入的基本設(shè)備，可以有編碼鍵盤和非編碼鍵盤，在此設(shè)計內(nèi)我們選擇成本較低技術(shù)成熟的非編碼鍵盤，非編碼鍵盤有一下幾種分類：獨立式按鍵電路、矩陣式鍵盤電路，中斷式鍵盤電路等。根據(jù)其特點我們提出了一下兩種方案： 方案一：獨立鍵盤使用于輸入端口較多，調(diào)用快捷，且每個鍵的工作狀態(tài)不會影響其他幾個鍵的情況，此方案可以大大減少程序的內(nèi)容，編程較簡單，使用起來也很方便，對于本設(shè)計，對于鍵盤的需求不大，只需要進行 簡單的操作即可。 方案二：此鍵盤是將按鍵分為行和列，都有交叉點，鍵兩端接于行和列上，一般有 4* 8* 4*8 的規(guī)格，用戶可以根據(jù)自己的需求選擇合適自己的規(guī)格，但因為本設(shè)計簡單可操作故不符合。 該系統(tǒng)使用的按鍵數(shù)較少，故采用獨立式鍵盤最為合適。 3 系統(tǒng)設(shè)計原理 8 3 系統(tǒng)設(shè)計原理 點滴 檢測系統(tǒng)設(shè)計的意義 經(jīng)過測量和實驗，得出結(jié)論 是 每一滴的藥液體積重量基本相同 ， 藥滴的多少不會受到 輸液速度快慢的影響 。 因為 每滴 藥液的重量相同，所以不同時間輸進病人體內(nèi)的藥液成 線性比例 ，因此測量點滴的速度 可以預(yù)估 一定時間內(nèi)有多少藥液輸進病人體內(nèi) ， 根據(jù)病人和藥品的不同，調(diào)節(jié)合適的速度，將藥物對疾病治療的效果利益最大化 。 點滴 檢測 系統(tǒng) 的主要組成和點滴檢測 系統(tǒng) 的工作原理 點滴 檢測的 主要 組成部分：對射式紅外傳感器、 平行梁傳感器 、 A/D轉(zhuǎn)換 電路、單片機電路、獨立按鍵電路、數(shù)碼管顯示電路、 蜂鳴器 報警電路等 。 將平行梁傳感器 固定在輸液架上，并將輸液瓶懸掛在平行梁傳感器的 下方 。輸液 進行 的時候，把紅外收發(fā)器固定在輸液器的滴壺位置。 在無輸液 的情 況下，紅外 收發(fā)器 之間無遮擋。 輸液 開始后，滴壺不斷 有 藥液滴下， 每 經(jīng)過一滴藥液，會遮擋一次紅外收發(fā)器 ， 紅外傳感器會記錄一次脈沖 。記錄一定時間內(nèi) 的點滴數(shù)量，計算出每分鐘的點滴速度。當(dāng)輸液 快結(jié)束 時， 輸液瓶中 藥液減少， 輸液瓶的重量也會減輕，當(dāng)重量減輕到預(yù)設(shè)值時，就會報警，提醒病人和醫(yī)護人員輸液即將結(jié)束。 數(shù)碼管會一直 顯示實時的點滴速度，方便醫(yī)護人員為病人調(diào)節(jié)最合適速度。獨立按鍵 可以 設(shè)置點滴速度的上下限，點滴過快或者 過慢 ，都會報警。 紅外 傳感器 點滴檢測 功能 將紅外 收發(fā)器放置在滴壺的兩側(cè)， 高度 位于滴壺中的液位和滴壺頂部之間 。在 正常無 點滴 的時候，空氣和注射器的塑料管 是透明的 ，紅外發(fā)射器和接收器之間不存在遮擋，紅外線 可以 正常發(fā)射和接收 ， 此時沒有脈沖 ， 不會記錄。 在 輸液進行的 時候， 滴壺 處會不斷有藥液滴下來， 當(dāng)藥液 滴下時，會從紅外發(fā)射器和接收器中間經(jīng)過，遮擋 紅外收發(fā)器 ，則使得紅外收發(fā)器產(chǎn)生一個 不 同于無遮擋狀態(tài)的脈沖，將 信號 傳輸回單片機，單片機經(jīng)過計算處理，記錄一次點滴數(shù)目。并且根據(jù) 一定時間內(nèi)，共計 經(jīng)過 的點滴數(shù)量，計算出每分鐘的點滴速度。 紅外傳感器原理 平時 我們所知道的光，可以分為可見光和不可見光。我們 人類眼睛 所能接收到的 ，就是可見光，根據(jù)波長可 依次 排列，分別為 紅、橙、黃、綠、青、藍、紫，其中 紅光 的波長最長，紫光的波長最短 ， 而比紅光波長還長，比紫光波長 短 的光， 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 我們就看不見了，稱為不可見光。 紅光 的波長大概是 ~； 紫光的波長大概是 ~。 波長比紅光 長 的 ，就是紅外線 ； 波長比 紫光 短的，就是紫外線。 紅外 傳感器就是利用波長比紅光還長的紅外線來傳送信號 ，其 波長在~。 紅外 發(fā)射管 紅外線 發(fā)射管 時 二極管的一種。 紅外發(fā)射管 的作用是，將 電能直接的 轉(zhuǎn)換成不可見的紅外光，并且把紅外光發(fā)射出去 。 紅外發(fā)射管 主要 應(yīng)用在光電開關(guān)，遙控的發(fā)射器中。在結(jié)構(gòu)上 ， 紅外發(fā)射管接近一半的發(fā)光二極管，區(qū)別在于，所采用的半導(dǎo)體材料不一樣。紅外 發(fā)射管 用的是 砷化鎵和 砷鋁化鎵等 相關(guān) 材料 。 封裝采用的是 深色或全透明 的 樹脂 。 一般的 紅外線發(fā)射管，外形類似于 可見光 LED， 但是不同的是，紅外發(fā)射管發(fā)出的 是 不可見的紅外線 。 紅外發(fā)射管 的 管壓 降 一般在 ， 工作電流則小于20mA， 為了更好地 兼容 大多 數(shù) 工作電路電壓，在紅外發(fā)射管的電路上串聯(lián)一個電阻，起到限流的作用。 紅外發(fā)射管 發(fā)射 紅外線 到紅外接收管中，其發(fā)射距離 和 發(fā)射的功率 是 成正比例的，所以為了擴大紅外線的接收距離，紅外發(fā)射管工作在脈沖狀態(tài)，由于 調(diào)制 光的有效距離和脈沖的峰值電流成正比例，因此只需要提高其峰值 lp，就可以達到擴大紅外線 接收 距離的目的。 紅外 接收管 紅外接收管 大多數(shù)采用的 封裝 和紅外發(fā)射管一樣，使用黑色或透明的樹脂封裝 。 透明 樹脂 封裝 的 紅外接收管，可以看到 其 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ， 管芯的下面有一個淺盤，用 磷化鎵和磷砷化鎵做成，特點是體積小， 用于 接收紅外發(fā)射管發(fā)射出的紅外線。 槽型光電 開關(guān) 對射式 光電開關(guān)，是利用光電控制的一種傳感器開關(guān) 。槽型光電 開關(guān)就是其中 的 一種 ， 是 利用 紅外線達到 控制 的一種 產(chǎn)品 ，有紅外發(fā)射管和紅外接收管組成 ，槽型光電開關(guān)的槽寬決定了感應(yīng)接收型號的強弱和接收信號的距離。槽型光電開關(guān) 的 介質(zhì) 是 光，發(fā)光體和接收體之間的接收和轉(zhuǎn)換，就通過紅外光，由此來檢測出 物體的位置 。槽型光電開關(guān) 屬于 非接觸式開關(guān)，基本不會受到被檢測物體的影響，并且具有檢測距離長的優(yōu)點，對于小體積物體 也有 非常 高的 檢測精度。 平行梁傳感器 液位 檢測功能 將平行梁傳感器 固定在輸液架上， 并將 輸液瓶懸掛在平行梁傳感器上。當(dāng) 輸液瓶 中的液體隨著輸液的進行不斷減少，其液位也會慢慢下降，輸液瓶的重量就會減輕。平行梁傳感器 會 實時 檢測 輸液瓶的重量，當(dāng)輸液快結(jié)束時，輸液瓶的重量達到預(yù)設(shè)值， 平行梁傳感器 將信號傳回單片機， 單片機 進行比較，并 發(fā)出 報警 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 信號，報警器響，提示病人和醫(yī)護人員結(jié)束輸液或更換新的輸液瓶。 平行梁傳感器 原理 平行梁傳感器的 原理是將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?稱重傳感器中 最常用 的傳感器 之一。 平行梁傳感器的 材質(zhì)一般都是鋁合金，通過無色陽極化處理，封膠。 平行梁傳感器 中的彈性元件在受到外力擠壓后，會發(fā)生彈性形變 ， 在彈性形變的同時，會帶動其表面的電阻 應(yīng)變片 一起產(chǎn)生 變形， 在電阻應(yīng)變片發(fā)生形變后，電阻應(yīng)變片的 阻值 會產(chǎn)生變化， 經(jīng)過 相應(yīng)的 測量 電路 ， 會將其 電阻的 變化程度轉(zhuǎn)化為一個電信號 ， 電信號 會是 電壓或者電流 。 經(jīng)過 這一系列 過程， 就將 平行梁傳感器收到的外力轉(zhuǎn)化為了直觀的電信號。 受到 一些外界因素的影響， 如 使用地點的 重力 加速度或者空氣 浮力會對 平行梁傳感器的 轉(zhuǎn)換 產(chǎn)生影響 ， 平行梁傳感器 的 性能指標(biāo)主要包含線性誤差、滯后誤差、重復(fù)性誤 差、蠕動、零點溫度特性和靈敏度溫度特性。 平行梁傳感器 的優(yōu)點就是精準(zhǔn)度高，測量的范圍廣，使用壽命長，結(jié)構(gòu)簡單 ，頻響特性好 ， 適用 于 劣質(zhì)環(huán)境 ， 并且 易于 實現(xiàn)產(chǎn)品的小型化 ， 整體化和品種多樣化。當(dāng)然 ， 平行梁傳感器也存在一些不足，缺點就是應(yīng)變大時，會產(chǎn)生較大的非線性，信號輸出較弱 ， 需要增加放大器。 基于以上 ，平行梁傳感器被廣泛應(yīng)用于自動控制 和測試技術(shù)。 電阻應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片是一種 用于測量形變的元件 。 電阻應(yīng)變片 的 主要功能是將機械元件 受外界壓力 后變形的形變，轉(zhuǎn)換成自身的 電阻 變化，更加直觀的顯示出本來不好發(fā)現(xiàn)的機械元件 微弱 形變。 電阻應(yīng)變片是由Φ = 的 康銅絲或 鎳鉻絲繞城柵狀，夾在 兩層 絕緣 薄片 之間制作而成。 鍍銀銅線 和應(yīng)變片絲連接， 作為電阻片 引線。 電阻應(yīng)變片的測量原理為：金屬絲的 電阻 值除了與材料的性 質(zhì)有關(guān)之外，還與金屬絲的長度，橫截面積有關(guān)。將金屬絲粘貼在構(gòu)件上，當(dāng)構(gòu)件受力變形時，金屬絲的長度和橫截面積也隨著構(gòu)件一起變化，進而發(fā)生電阻變化。 dR/R=Ks*ε其中， Ks 為材料的靈敏系數(shù)，其 物理意義 是單位應(yīng)變的電阻變化率，標(biāo)志著該類絲材電阻應(yīng)變片效應(yīng)顯著與否。 ε 為測點處應(yīng)變，為無 量綱 的量，但習(xí)慣上仍給以單位 微應(yīng)變 ，常用符號 με 表示。由此可知，金屬絲在產(chǎn)生應(yīng)變效應(yīng)時，應(yīng)變 ε 與電阻變化率 dR/R 成 線