【正文】 點滴信號檢測單元 滴速檢測電路是本系統(tǒng)設(shè)計中重要的部分之一，能否準(zhǔn)確的對滴速測量是對滴速進行控制的關(guān)鍵。因為其價格便宜，內(nèi)置軟件看門狗可免除外接看門狗芯片降低成本，又與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容便于掌握，片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程使用靈活 方便，故而選擇 AT89C52作為下位機的微處理器 [4][5]?？臻e模式下， CPU 停止工作， CANH RXD CANL TXD AT89C52 驅(qū)動電 路 步進電機 聲光報警 鍵盤及顯示電路 EEPROM 檢測電路 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 允許 RAM、定時器／計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 AT89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8字節(jié)Flash， 256 字節(jié) RAM， 32位， I/0 口線，看門狗 定時器， 2個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器/計數(shù)器，一個 6向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。使用 Ateml 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C5l 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 賈鑫：基于單片機的輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 12 3 系統(tǒng)從站的硬件設(shè)計 從站系統(tǒng)框圖與核心部分電路圖 根據(jù)從站系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，為從站系統(tǒng)設(shè)計出以下系統(tǒng)框圖 圖 31從站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 From the station system structure diagram 從站用 AT89C52 作為微處理器，蜂鳴器和發(fā)光二極管實現(xiàn)聲光報警， ULN2020A 用于驅(qū)動步進電機，電機采用 四相八拍進行控制。為簡化起見電源擴展未畫，整體系統(tǒng)框圖如圖 21 所示。其中輸液信號采集單元完成輸液信號的采集工作，脈沖整形和 A/D轉(zhuǎn)換單元把采集到的模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號以便單片機進行處理，單片機處理完畢后一方面顯示輸液速度遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 等信息，另一方面根據(jù)設(shè)定的輸液速度對輸液速度進行調(diào)整，同時通過 CAN 總線將信息傳送至 PC 上位機。 系統(tǒng)總體框圖 根據(jù)前面的系統(tǒng)分析，本文研究的基于 AT89C52 的輸液監(jiān)控系統(tǒng)主要有三大部分組成，它們分別是由 PC機構(gòu)成的主站、由 AT89C52 單片機為核心的各個從站以及主從站之間的數(shù)據(jù)通信線路。此外 CAN 總線還有數(shù)據(jù)傳輸率高、網(wǎng)絡(luò)調(diào)試容易、后期維護成本低等寶貴特 點。在節(jié)點錯誤對系統(tǒng)的影響方面，由于 CAN 節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響，因而對節(jié)點錯誤 CAN 總線型系統(tǒng)基本無影響。在通信失敗率方面， CAN 總線通過 CAN 總線控制器接口芯片的兩個輸出端 CANH 和 CANL 與物理總線相連，而 CANH 端得狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài)， CANL 端只能是低電 平或懸浮狀態(tài)。在總線利用率方面，由于 CAN． bus是多主從結(jié)構(gòu)，每個節(jié)點都有 CAN 控制器，多個節(jié)點發(fā)送時，以發(fā)送的 ID號自動進行仲裁，這樣就可以實現(xiàn)總線數(shù)據(jù)不錯亂，而且一個 節(jié)點發(fā)完，另一個節(jié)點可以探測到總線空閑，而馬上發(fā)送，這樣省去了主機的詢問，提高了總線利用率，增強了快速性。 CAN，全稱為“ Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。 2C 數(shù)據(jù)傳送率可高達每秒十萬位，高速方式時在每秒四十萬位以上，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個組件狀態(tài)的通信。作為一個醫(yī)療系統(tǒng)，可靠性顯然是其第一要務(wù)，故而不使用 RS485 串口通信的方案。這樣容易造成一個節(jié)點破壞了，拼命向總線發(fā)數(shù)據(jù) (比如一直發(fā) 1)，這樣造成整個總線癱瘓。最為重要的是 RS一 485 的網(wǎng)絡(luò)特性為單組節(jié)點，即只能構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，一個主站對從站的點對多點網(wǎng)絡(luò)，通信方式也只能以主站輪詢的方式進行，在這種網(wǎng)絡(luò)中如果一個節(jié)點出現(xiàn)問題，就會導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，系統(tǒng)的實時性、可靠性較差。而且 RS． 485 還有一些與生俱來的缺點，如數(shù)據(jù)傳輸率低、抗干擾能力較弱、網(wǎng)絡(luò)調(diào)試困難、通信失敗率高等。在多機系統(tǒng)中，通常采用 RS42 RS485 串行標(biāo)準(zhǔn)總線進行數(shù)據(jù)傳輸。結(jié)合 AT89C52本身，其內(nèi)部有一個全雙工串行口，共有 4種工作方式。因為它要求由時鐘來實現(xiàn)接收與發(fā)送之間的嚴格同步，對時鐘信號相位的一致性要求非常嚴格，導(dǎo)致其硬件設(shè)備復(fù)雜，成本高，不宜使用，所以采取異步串行通信方式。并行通信一般在實際當(dāng)中用得較少，其特點是傳輸速度快，但是占用單片機 I/D 口較多，需要的傳輸線也很多，不適合遠距離通信，因此棄用而采用串行通信方式。 方案二：采用有線方式。雖然能夠外加功放以使功率提升至30dbm，但是這樣增加了成本，同時擅自增大 RF 輻射功率不僅會對人身健康產(chǎn)生不利影響，而且可能會面臨法律上的問題，因此也不宜使用。藍牙技術(shù)比較復(fù) 雜，功耗也比較大。 常用的無線方式有紅外、藍牙、 Zigbee、無線收發(fā)模塊等。 考慮到上述各種電機的性能和特點，使用步進電機可以較好滿足本系統(tǒng)的功能要對以上兩種方案進行比較之后，我們決定選擇第二種方案，來實現(xiàn)對系統(tǒng)的精確控制。 賈鑫：基于單片機的輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 8 方案三 :采用伺服電機。易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速，動態(tài)響應(yīng)快。 方案二 :采用步進電機。 電機選擇及控制方案 方案一 :采用直流電機。 本系統(tǒng)我們采用第二種方案。 方案二 :通過設(shè)計機械裝置來夾緊或放松莫氏管來控制輸液滴速。另一方面，經(jīng)試驗得出輸液瓶在一米高的時候，滴速大致為 100 滴 /min，而一般輸液速度不會大于 100 滴 /min，高度只能在一米以下調(diào)節(jié)，而病床的高度一般都高于一米，輸液瓶的高度低于床位才能實現(xiàn)所要求的滴速 。當(dāng)實際滴速大于設(shè)定滴速時電機正轉(zhuǎn)降低輸液瓶的高度，反之反轉(zhuǎn)升高輸液瓶的高度。 速度控制方案 方案一 :通 過改變滴管的高度來控制輸液滴速。這樣可以簡化硬件電路的設(shè)計，減少 IO口的使用，降低成本。設(shè)定余量 20ml 為輸液快完，此時可以通知單片機輸出報警信號。根據(jù)輸液瓶的容量、點滴系數(shù)、點滴計數(shù)值我們就可以計算出剩余液量。點滴系數(shù)是指靜脈輸液時每毫升液體的滴數(shù)。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 方案二 :通過設(shè)定輸液總量和點滴計數(shù)來實現(xiàn)。讓紅外發(fā)射和光電接收管分別放在滴管兩側(cè)，根據(jù)接收信號強弱不同，當(dāng)液面處于警戒線以上時液體對光線有反射和吸收作用，接收的信號較弱 。 綜合考慮上述各種方案，方案三成本 低、電路易實現(xiàn)且不受外界光源干擾，故采用方案三。將光敏二極管輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過檢測輸出端電壓信號的強弱就可以檢測出有無藥液滴下。如果此時滴斗中沒有液滴滴下，光線的衰減就比較小，照射到光電三極管上的電流就比較強 。 方案三 :采用紅外檢測技術(shù)，在莫氏滴管處對輸液速度進行測量。 方案二 :用可見光二極管與光敏三極管組成的傳感器來測量，由于外界光線對光敏三極管影響較大，一旦外界光線改變，對滴速測量的準(zhǔn)確度會有所影響。 點滴檢測方案 方案一 :用壓力傳感器進行測量的方法。本人通過大學(xué)期間學(xué)習(xí)對單片機有了一定了解，且單片機價格 便宜，功能較多。 方案二：此方案采用 AT89C52 單片機系統(tǒng)來實現(xiàn)，可用軟件實現(xiàn)復(fù)雜的算法和控制。 系統(tǒng)方案論證與比較 控制方案比較 方案一：此方案是傳統(tǒng)的兩位模擬控制方案，其優(yōu)點是電路簡單，易于實現(xiàn)?？偩€適配器方面的設(shè)計包括：總線類型的論證比較、總線電路設(shè)計、通信協(xié)議設(shè)計等。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度來說， 本系統(tǒng)主要由總線適配器、輸液監(jiān)控儀和監(jiān)控軟件管理系統(tǒng)三個子系統(tǒng)構(gòu)成。 通過調(diào)研和討論，分布式輸液監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)適合以下條件：多臺監(jiān)控儀由 PC 進行統(tǒng)一管理； PC 和輸液監(jiān)控儀在同一樓層使用，綜合考慮布線等因素，可靠距離應(yīng)當(dāng)在百米以上；輸液監(jiān)控儀對輸液速度進行監(jiān)視，如果不在設(shè)定范圍內(nèi)就在監(jiān)控儀和 PC 上同時進 行報警；系統(tǒng)管理軟件應(yīng)該能夠?qū)Ω鬏斠罕O(jiān)控儀進行監(jiān)控；系統(tǒng)應(yīng)該操作簡單，易于使用；系統(tǒng)成本應(yīng)該控制在合理的價格之內(nèi)。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 2 輸液監(jiān)控系統(tǒng)總體方案 系統(tǒng)需求分析 系統(tǒng)需求分析是在系統(tǒng)設(shè)計之前進行收集系統(tǒng)有效信息的階段，這一階段的任務(wù)通常分兩步來完成：首先，從項目來源收集系統(tǒng)的需求信息；其次，對需求進行提煉，以得 到系統(tǒng)的規(guī)格說明，這些規(guī)格說明里包含了系統(tǒng)設(shè)計所需的足夠信息。該系統(tǒng)綜合運用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、單片機控制技術(shù)、光電檢測技術(shù)、通信技術(shù)、步進電機控制等技術(shù)，其主要功能有： (1)設(shè)定點滴速度； (2)自動控制液體速度，并實時顯示： (3)當(dāng)輸液結(jié)束時或出現(xiàn)輸液異常時自動報警； (4)分布式主從站設(shè)計，通過 CAN總線實現(xiàn)輸液遠程監(jiān)控。所以這種液體點滴速度監(jiān)控的設(shè)計實現(xiàn)是十分有意義的。整個裝置簡單實用，可應(yīng)用于門診輸液系統(tǒng)中。監(jiān)控中心 PC顯示各床位的輸液情況。其中紅外發(fā)送接收裝置用于將液滴滴下一滴的信息轉(zhuǎn)化為電信號傳入單片機，經(jīng)過單片機計算其滴液速度，在下位機的 LCD 顯示屏上顯示，通過步進電機達到控速的目的。該裝置可為臨床醫(yī)師提供可靠的數(shù)據(jù)，對患者的搶救及治療提供一些幫助。目前的輸液監(jiān)控報警器笨重、體積大、價格太高，增加醫(yī)院和病人的費用。但是，現(xiàn)行的醫(yī)院點滴輸液方法中，輸液速度難以準(zhǔn)確限制，醫(yī)師和護士只能依據(jù)經(jīng)驗來控制莫氏管的輪夾，而不能依據(jù)患者的病情精確控制藥液的速度和流量，這種輸液速度控制的方法顯然是不方便的，并且可能對患者造成不必要的傷害。因此，網(wǎng)絡(luò)化醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備已具有迫切的市場需求和廣闊的市場前景。 本設(shè)計研究的意義 近年來，隨著醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)管理是現(xiàn)代化醫(yī)院的一個重要標(biāo)志，尤其是在醫(yī)療監(jiān)控領(lǐng)域，提出了多元化、信息化、個性化的醫(yī)療設(shè)備需求。 目前國內(nèi)尚未完全解決輸液時的自動監(jiān)控問題。醫(yī)療器械是壁壘較高的行業(yè)，并且屬于國家重點鼓勵發(fā)展的行業(yè)。 我國是世界上擁有醫(yī)院最多的國家，具有龐大的消費群體。而且輸液完成報警器的研制也成為近年來的一個熱門項目，根據(jù)前年對國家知識產(chǎn)權(quán)局專利信息的查詢，已有 67 種輸液完成報警器專利技術(shù)，但由于各專利技術(shù)或多或少都存在著這樣或那樣的缺陷，諸如安全性、可靠性、成本及可操作性等問題，致使真正轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品 的專利并不多。不過總體來說其功能也只是側(cè)重于精確輸液控制，種類較少，性能也需改進，加上不菲的價格，所以也只能是和進口輸液泵爭一點市場份額，未能在各醫(yī)院大面積的推廣普及。但是價格普遍比較昂貴，在幾千元遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 人民幣左右，使大部分三級甲等以下醫(yī)院望塵莫及。輸液泵是一種多功能輸液控制器，能夠較為精確地控制輸液速度，并實現(xiàn)輸液阻塞、氣泡混入和輸液完成報警。 國外對智能型輸液裝置的研究較早，如日本、美國和德國等國家上世紀八十年代末就進行了智能型輸液裝置的研制。同時，護士也需要不停地巡視病房，增加工作負荷，有時甚至還會產(chǎn)生醫(yī)療糾紛。當(dāng)液體輸完時，如床旁無陪護或醫(yī)護人員未及時換藥或拔針頭，將會出現(xiàn)回血等情況。用軟管夾對軟管夾緊和放松控制滴速，醫(yī)護人員按藥劑特性對滴速進行控制。當(dāng)護理者發(fā)生困倦時，極易發(fā)生事故。在輸液過程中，輸液速度是一個很重要的參數(shù)，一般要根據(jù)患者年齡、病情和藥物種類等因素來分別確定。 賈鑫：基于單片機的輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 2 1 概述 本設(shè)計研究的現(xiàn)狀 靜脈輸液是臨床醫(yī)學(xué)中的一個重要的治療手段和醫(yī)學(xué)監(jiān)護的一項重要內(nèi)容，在各個醫(yī)院的醫(yī)療工作中被廣泛應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計住院輸液率為 70％～ 80％。 該智能輸液系統(tǒng)的預(yù)期目標(biāo)是可以對多床位的輸液情況進行遠程監(jiān)控，能針對不同的病人設(shè)定不同的滴速，輸液出現(xiàn)異常情況時會產(chǎn)生報警，液體 輸完時可提醒義務(wù)人員及時切換至另一瓶。上位機采用 Visual C++編程語言，創(chuàng)建了一個可視化的人機界面，通過該界面可以設(shè)定目標(biāo)滴速、設(shè)定報警形式等信息。 當(dāng)前國內(nèi)外各大醫(yī)院對輸液裝置進行了廣泛的研究，生產(chǎn)出許多新型輸液監(jiān)控裝置，但由于價格過于昂貴， 未能較好的普及。需要隨時監(jiān)控輸液情況，加大了醫(yī)護人員的工作任務(wù)。 關(guān)鍵詞：單片機； PID；步進電機； CAN 總線； PC III Abstract Transfusion monly used as treatment in hospital， but there were some problems， such as inaccurate， need transfusion of artificial guardianship， etc． The goal is to design a transfusion monitoring system in order to solve those problems． The infusion monitoring system design by this paper,actualize the infusion rate of test， the control of reservoir fluid bo