【文章內(nèi)容簡介】 護士需要從很遠的地方跑到護士站，然后對病人信息進行查詢，做出相應(yīng)的工作。這種方式就大大降低的護士的工作效率，如果大家都聽到報警以后就都會跑回護士站，但是處理問題的只要一個護士就可以，這就浪費的勞動力，也加大了護士的工作量，也容易使病患發(fā)生危險。 移動式接收終端，顧名思義是在護士身上放一個終端。這種接收方式通 過無線通信的方式將報警信號發(fā)送到護士手中的終端里面，在手持式終端上顯示病人的信息：拔針、換藥還是異常報警。在工作的護士身上都放一個終端，在病房產(chǎn)生報警的時候，每個人的終端都會顯示報警信息。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)有護士點處理時，其他的終端會結(jié)束報警，并顯示是哪個護士去處理。這樣就省去了護士都去集中處理一個問題的工作重復(fù)和浪費。減少了護士的工作量同時減少了病患的等待時間。但是這種工作方式，移動終端的穩(wěn)定性、電池的續(xù)航能力都影響著工作的質(zhì)量。 8 第 3 章 輸液監(jiān)控器和接收終端的總體設(shè)計 167。 輸液監(jiān)控器和接收終端設(shè)計 靜脈輸液治療是臨床醫(yī)療工作中常用的治療手段，但目前大多數(shù)醫(yī)院及醫(yī)療機構(gòu)都沒有實現(xiàn)輸液的自動監(jiān)控管理，從而在輸液過程中，當(dāng)輸液完成需要換藥液時，需要醫(yī)務(wù)人員發(fā)現(xiàn)及時，否則就會出現(xiàn)空氣進入血管內(nèi)形成空氣栓塞 , 凝血堵塞針頭等情況 ,輕則延誤治療 ,重則會危及病人生命安全 , 發(fā)生醫(yī)療事故。平時臨床輸液中采取的應(yīng)對措施一般是由患者、陪侍或醫(yī)務(wù)人員隨時觀察監(jiān)視藥液余量情況，在輸液結(jié)束時一般都是由陪侍去叫護士，或者是患者呼喊護士，這樣 既加重了護理人員的勞動負擔(dān) , 也不利于病區(qū)的綜合管理。為此 , 我們結(jié)合臨床實踐 ,研制了基于 AVR 單片機的便攜式無線輸液報警系統(tǒng)來代替人工監(jiān)護 ,即減輕醫(yī)務(wù)工作人員的工作強度及病人和醫(yī)務(wù)工作人員不斷觀察輸液是否完成而形成的壓力 ,同時能自動管理系統(tǒng)記錄輸液過程 ,實現(xiàn)醫(yī)院護理自動化和智能化。 本實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)控器和多個護士手持終端機；輸液監(jiān)控器、護士手持終端機分別和輸液中心管理器連接；輸液中心管理器置于護士站，輸液監(jiān)控器使用時置于病房的輸液管上，護士手持 終端機使用時每位護士一個； 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）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。第一鍵盤單元置于輸液監(jiān)控器機盒表面，其余的均安裝在輸液監(jiān)控器機盒里，輸液監(jiān)控器機盒的一側(cè)有一個卡槽卡住輸液管而把機盒也固定在輸液管上； 設(shè)計原理 該系統(tǒng)主要由輸液監(jiān)控器和便攜式護士終端構(gòu)成。其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 和圖32 所示。 9 圖 31 輸液監(jiān)控器的系統(tǒng)框圖 圖 32 便攜式護士終端結(jié)構(gòu)框圖 輸液監(jiān)控器的設(shè)計主要采用檢測輸液管的液位來確定輸液是否結(jié)束及報警。其工作原理如下：在輸液管的細管兩側(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)單片機的外部中斷，從而確定輸液到達報警液位及實現(xiàn)報警功能。當(dāng)液位到達警戒線觸發(fā)本地聲光報警，向便攜式護士終端發(fā)送無線數(shù)字報警信號，同時利用微型步進電機構(gòu)成的阻斷裝置來阻斷輸液，防止回血。輸液監(jiān)控器能手動設(shè)置病房號和床位號，方便一機多用。輸液監(jiān)控器上還帶有手動報警按鈕，可用于呼叫護士。 便攜式護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，方便護士查看，同時護士能通過按 “處理 ”鍵來協(xié)調(diào)由誰去處理報警，以提高醫(yī)院護理效率。 167。 輸液監(jiān)控器硬件設(shè)計 167。 中央控制器模塊 本設(shè)計采用 Atmega16L單片機作為主控芯片。 Atmega16 是基于增強的 AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間 ， ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達 1 MIPS/MHz， 從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和 32 個 通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元 (ALU)相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。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。通過將 8 位 RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的 Flash 集成在一個芯片內(nèi)， ATmega16 成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。 圖 33 Atmega16L 芯片管腳圖 ATmega16 工作電壓為 ,使用內(nèi)部振蕩電路，系統(tǒng)工作頻率為 4Mhz，使用片內(nèi)的模擬比較 器作為檢測液位的輸入信號與設(shè)定值進行比較觸發(fā)中斷，使用片內(nèi)的 11 ADC 電路作為電池電壓檢測， ADC 基準電壓源采用片內(nèi) ， AREF 接 電容濾波，使用片內(nèi)的 SPI 串行接口與無線模塊進行數(shù)據(jù)交換，采用上電自動復(fù)位電路，并使能內(nèi)部看門狗。其電路圖如圖 34 所示。 圖 34 單片機最小系統(tǒng) 167。 液面檢測模塊 本設(shè)計采用槽式光電開關(guān)作為液位檢測的傳感器，槽型光電開關(guān)其實對射式光電開關(guān)的一種又被叫做 U 型光電開關(guān)，是一款紅外線感應(yīng)光電產(chǎn)品，由紅外線發(fā)射管和紅外線接收管 組合而成，而槽寬則就決定了感應(yīng)接收型號的強弱與接收信號的距離，以光為媒體，由發(fā)光體與受光體間的紅外光進行接收與轉(zhuǎn)換，檢測物體的位置。槽型光電開關(guān)于接近開關(guān)同樣是無接觸式的，受檢測體的制約少，且檢測距離長，可進行長距離的檢測（幾十米）檢測精度高能檢測小物體。 光電開關(guān)的紅外發(fā)射二極管與 330 歐姆限流電阻串聯(lián)接到 電源上，光電開關(guān)的紅外接收三極管的集電極與 15 千歐姆電阻串聯(lián)接到電源上，并由集電極作為檢測信號的輸出端，接到 Atmega16L 單片機的模擬信號比較器的 極端， + 極端接10 千歐姆的可調(diào)電阻 ，并在警戒液位時調(diào)整可調(diào)電阻值，因為正常輸液時紅外接收三極管接收到的光照強，而在警戒液位時，由于光線在液面處發(fā)生折射現(xiàn)象，所以紅外接收三極管接收到的光照變?nèi)?，如圖 35 所示，使模擬比較器的輸出正好由正變負，并設(shè)定模擬比較器下降沿觸發(fā)中斷。其電路圖如圖 36 所示。 12 圖 35 液位檢測原理 圖 36 液位檢測電路 167。 無線報警模塊 本設(shè)計采用 SRW1012 無線數(shù)字通信模塊作為無線傳輸數(shù)據(jù) 的發(fā)射接收端，SRW1012 是一款先進的低成本射頻收發(fā)模塊，可提供覆蓋 240MHz 至 930MHz 的頻率選擇。極佳的接收靈敏度（ 121dBm）可保證大范圍、高連接的卓越性能。模塊外圍元器件極少，模塊大小為 24mm16mm。本模塊芯片采用無鉛封裝，工作溫度范圍為 40℃ ~+85℃ ，它還集成了一些可節(jié)省應(yīng)用成本的特性，如喚醒定時器、溫度傳感器、發(fā)射和接收數(shù)據(jù) FIFO、上電復(fù)位電路、通用數(shù)字 I/O 口、高性能 ADC 和數(shù)字MODEM，數(shù)字 MODEM 可在數(shù)字域執(zhí)行解調(diào)、濾波和包處理功能，這些特性可大輸液管 光電開關(guān) 光電開關(guān) 輸液管 13 幅簡化系統(tǒng)設(shè)計師的 工作，以及允許使用低端的微控制器。 圖 37 SRW1012 模塊電路 SRW1012 其工作 433Mhz，采用 GFSK 調(diào)制模式，使用 SPI 電氣接口與單片機進行數(shù)據(jù)交換，工作電壓為 3V,而系統(tǒng)的電源采用 的鋰電池，故此處采用 穩(wěn)壓二極管與 10 歐姆電阻串聯(lián)接到系統(tǒng)電源上，并再穩(wěn)壓二極管的負極輸出作為無線模塊的工作電源，其電路圖如圖 38 所示。 圖 38 無線傳輸電路 14 167。 自動阻斷模塊 本設(shè)計采用 L9110 直流電機驅(qū)動芯片， L9110 是為控制和驅(qū)動電機設(shè)計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，整機可靠性提高。該芯片有兩個 TTL/CMOS 兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性；兩個輸出端能直接驅(qū)動電機的正反向運動，它具有較大的電流驅(qū)動能力，每通道能通過 750～ 800mA 的持續(xù)電流，峰值電流能力可達 ～ ；同時它具有較低的輸出飽和壓降；內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負載的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動繼電器、直流電機、步進電機或開關(guān)功率管的使用上安全可靠。 圖 39 L9110 芯片管腳圖 L9110 作為直流電機的驅(qū)動電路，其結(jié)構(gòu)簡 單，使用方便，驅(qū)動芯片的 OA 和OB 接直流電機，驅(qū)動芯片的 IA 和 IB 端接單片機引腳上，單片機分別給定高和低電平時電機正轉(zhuǎn)，給定低和高電平時電機反轉(zhuǎn)。其電路圖如圖 310 所示。其阻斷原理如圖 311 所示。 圖 310 阻斷裝置電路 15 自動阻斷的設(shè)計是在電機上加一個偏心輪，在輪上放置一個前端尖端的擋片。當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時，帶動偏心輪轉(zhuǎn)動，從而使擋片向前運動，起到阻斷輸液管的作用。反之，當(dāng)電機向相反的方向轉(zhuǎn)動時，使擋片向后運動，使得輸液管放開。這樣當(dāng)檢測液面的傳感器檢測到信號以后，單片機控制電機的轉(zhuǎn)動，將輸液管阻斷或 者是松開，做到了自動阻斷的功能。 圖 311 阻斷輸液原理 167。 顯示模塊 本設(shè)計采用 3 位共陰數(shù)碼管顯示房間號，數(shù)碼管具有發(fā)光強、可視性好、顯示電路較為簡單和成本低等優(yōu)點，在儀器儀表的輸入輸出人機交互設(shè)備中經(jīng)常用作顯示器件。采用 2 位共陰數(shù)碼管顯示病床號，使用 74HC138 芯片作為數(shù)碼管的驅(qū)動芯片。其電路圖如圖 312 所示。 圖 312 數(shù)碼管顯示電路 輸液管 阻斷前 輸液管 阻斷后 16 本設(shè)計采用 鋰電池作為系統(tǒng)的電源，鋰 電池 是一類由鋰金屬或鋰合金為 負極 材料、使用非水 電解質(zhì)溶液 的電池。最早出現(xiàn)的鋰電池來自于偉大的發(fā)明家 愛迪生 ，使用以下反應(yīng)： Li+MnO2=LiMnO2 該反應(yīng)為 氧化還原反應(yīng) ，放電。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應(yīng)用。 現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流，鋰電池使用壽命相對較長，使用壽命可達到 6 年以上，磷酸亞 鐵鋰為正極的電池用 1CDOD 充放，有可以使用 1000 次的記錄；具備高功率承受力，其中電動汽車用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達到 1530C 充放電的能力，便于高強度的啟動加速；自放電率低，無記憶效應(yīng)；鋰電池高低溫適應(yīng)性強，可以在 20℃ 60℃ 的環(huán)境下使用，經(jīng)過工藝上的處理，可以在 45℃ 環(huán)境下使用；綠色環(huán)保，不論生產(chǎn)、使用和報廢，都不含有、也不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質(zhì)。 本設(shè)計用 100uf 和 電容作為濾波，電壓檢測電路為兩 47 千歐姆電阻串聯(lián)，接到系統(tǒng)電源上，中間端接到單片機的 ADC 輸入引腳。其電路圖如圖 313 所示。 圖 313 電源及電壓檢測電路 17 167。 便攜式護士終端硬件設(shè)計 167。 中央控制器模塊 本設(shè)計采用 Atmega16L 單片機作為主控芯片，工作電壓為 ,使用內(nèi)部振蕩電路，系統(tǒng)工作頻率為 4Mhz，使用片內(nèi)的 ADC 電路作為電池電壓檢測， ADC 基準電壓源采用片內(nèi) 電壓， AREF 接 電容濾波，使用片內(nèi)的 SPI 串行接口與無線模塊進行數(shù)據(jù)交換，采用上電自動復(fù)位電路，并使能內(nèi)部看門狗。其電路圖如圖314 所示。 圖 314 單片 機最小系統(tǒng) 167。 顯示模塊 本設(shè)計采用 12864 液晶顯示模塊作為顯示屏，帶中文字庫的 128X64是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 12864, 內(nèi)置 8192 個 16*16點漢字，和 128