【正文】 ....................................................... 27 系統(tǒng)源程序 ............................................................................................................................. 28 結 論 .............................................................................................................................................. 30 致 謝 .............................................................................................................................................. 31 參考 文獻 ......................................................................................................................................... 32 附錄 A............................................................................................................................................. 33 附錄 B ............................................................................................................................................. 34 附錄 C ............................................................................................................................................. 37 1 第 1 章 緒 論 課題研 究意義 靜脈輸液是臨床醫(yī)學中的一個重要的治療手段和醫(yī)學監(jiān)護的一項重要內容，在各個醫(yī)院的醫(yī)療工作中被廣泛應用 ,據統(tǒng)計住院輸液率為 70% ~ 80%。在輸液過程中 , 輸液速度是一個很重要的參數 , 一般要根據患者年齡、病情和藥物種類等因素來分別確定。當護理者發(fā)生困倦時，極易發(fā)生事故。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。同時，護士也需要不停地巡視病房，增加工作負荷，有時還會產生醫(yī)療糾紛。 現(xiàn)在市場上的輸液泵，根據不同的標準有不同的分類 :固定點泵和非固定點泵 。固定泵控制精確，報警齊全，但體積較大；便攜泵體積小，病人可隨身攜帶，用電池作為電源，只適用于小量輸液；可植入泵使用方便，輸液時病人移動不會產生影響，但需要外科手術； 機械泵用正壓力來輸送藥物和液體，沒有電源 (電池或交流電 )，體積小，可攜帶，主要用于輸送小體積，長時間或間歇輸液，通常用于化學醫(yī)療、止痛或抗生藥類的輸液；電子式泵輸液速度可達 999ml/h，可實現(xiàn)智能控制。醫(yī)生在對病人的輸液治療過程中，需要根據藥物的性質和病人的病情選擇合適的輸液速度。 在輸液的過程中要實時監(jiān)測剩余的藥液。而對于一些對人體器官作用敏感需要嚴格控制輸液速度和輸液量的藥物，由于個體差異及機體耐受力不同，特別是在手術中、大手術后以及病情危重需要嚴格控制輸液速度和輸液量的人群，會導致病情加重，有時甚至危及生命。而且機器成本和耗材成本太高，只適用于急救和重癥情況。而在未來的醫(yī)療機構里，特別是一些著名的大型醫(yī)院里，在給病人輸液時，對輸液速度和輸液量的數值的準確程度的要求會越來越高，因此就需要既實用又廉價的輸液檢測控制產品的出現(xiàn)。本系統(tǒng)能實現(xiàn)液體點滴速度的智能化控制。早在幾年前，發(fā)達國家許多住院床位就已經配備了輸液泵。我國只是在一些大醫(yī)院才有部分配備，且大多是國外產品，類型多樣，性能較好，如日本 JMS 株式會社的 OT 601型輸液泵（控制精度為 10% ）和 SP500型注射泵，美國、德國、以色列等國家也有性能較好的產品。國內對輸液 裝置的研制起步較晚，大都在九十年代中期開始研究，市場上也有一些國產輸液裝置，如北京科力豐高科技發(fā)展有限責任公司的 ZNB系列產品。由于規(guī)范操作下，輸液阻塞、氣泡混入是可以避免的，因此輸液速度的控制和輸液完成報警成為了人們更為關心的問題。作為一種醫(yī)療器械，安全性、可靠性是基礎，作為一種只有普及到每一位輸液病人才有實際意義的產品，使用方便和足夠低的價格又是一種基本要求，所以，這種產品即便安全性、可靠性得到了充分保證，但如果沒有簡便的操作和足夠低的價格作支撐，想要順利推廣也是不可能的。近幾年來，由于政府的支持，醫(yī)療器械發(fā)展迅速。按照原國家經貿委指定的《醫(yī)療器械行業(yè) “十五 ”發(fā)展規(guī)劃》，到 2021年我國醫(yī)療器械總產值將達到 1000億元，在世界醫(yī)療器械市場上的份額將占到 5%；到 2050 年這一份額將達到 25%，成為世界一流的醫(yī)療器械制造強國。如何使這種手工操作走向自動化或半自動化 ， 讓護理人員監(jiān)控病人打點滴的進程時間得到充分利用 ， 使能自 理的病人自己能掌握點滴的速度 ， 這就要求醫(yī)療器械加速自動化與半自動化進程 ， 提高醫(yī)護質量。因此，將嵌入式系統(tǒng)技術應用于輸液監(jiān)控裝置的研究勢在必行 ！ 本文 主要研究內容 本系統(tǒng)是以單片機作為控制核心，及其外圍輸入輸出系統(tǒng)組成的液體點滴速度監(jiān)控裝置，核心控制為 AT89C52單片機，輸入系統(tǒng)是以獨立式按鍵鍵盤系統(tǒng)及水速控制系統(tǒng)組成。本系統(tǒng)是基于AT89C52單片機的液體點滴速度監(jiān)控裝置，硬件電路采用步進電機的升降來控 制液滴速度，以及檢測儲液瓶內余液量并報警。系統(tǒng)主要包括單片機主控制模塊、滴速檢測模塊、滴速顯示模塊、滴速控制模塊、報警電路等幾大部分。使用紅外對管實現(xiàn)液體點滴檢測。如此 就可以產生脈沖信號。經過放大的信號在通過一個電壓比較器就可以得到單片機可以識別的脈沖信號，從而實現(xiàn)點滴滴數的計數。圖中的轉換電路由放大電路和比較電路兩部分組成。使用反射式紅外光電傳感器檢測。實現(xiàn)原理框圖如圖 22。 整 形 脈 沖 信 號 產 生發(fā) 送接 收單 片 機前 置 電 路 圖 22 光反射原理檢測電路 方案三： 使用電容式接近開關。但其工作原理是根據電容中介質的改變對外產生開關量。而高放大倍數高的放大電路很容易受到干擾，還容易產生電路自激，增加了電路設計上的難度，更降低了電路的穩(wěn)定性。而且反射電路比透射電路更容易安裝，體積更加小巧，結構也更加簡單。 因此，選擇方案二。原理如圖 23，利用藥液的導 電特性實現(xiàn)液滴速度及儲液瓶液面信號的檢測，通常電極采用不銹鋼等耐腐蝕材料制成。原理如圖 24所示。 圖 24 光電傳感器檢測點儲液瓶液 方案三：通過軟件設置完全可以通過檢測點滴速度來產生報警信號，因此可以去掉液 6 面檢測電路而完全由液體點滴速度檢測電路代替。 綜合比較上面的方案， 電極接觸控制方式原理簡單，易于實現(xiàn)，可靠性強，但會導致藥品污染，危及患者安全。而軟件方式對程序有一定的要求，并且響應時間比較慢，但其優(yōu)點更明顯，完全拋棄 了 硬件結構。 鍵盤方案 方案一：采用矩陣式鍵盤 ,此類鍵盤利用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點是當按鍵盤較多時可降低占用行列掃描方式，單片機的 I/O口數目，缺點為電路復雜且會加大編程難度。缺點為當按鍵較多時占用單片機的 I/O口數目較多，優(yōu)點為電路設計簡單，且編程極其容易。 顯示方案 方案 一 ：采用液晶顯示屏。但由于液晶是以點陣的模式顯示各種符號，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫，編程工作量大，控制器資源占用較多，其成本也偏高。數碼管具有低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化，對外界環(huán)境要求較低。 綜合比較上面的方案：采用 方案 一 。 電機系統(tǒng)方案 方案一：采用單片機和 A/D轉換構成系統(tǒng)，控制普通電機的步數和旋轉方向，可以考慮達林管組成的 H型 PWM電路。不能精確的控制點滴速度。延時短，定位準確 ,精度高 ,可操作性強。因此選擇步進電機，采用方案二。由步進電機帶動儲液瓶使儲液瓶上升或下降改變滴斗到受液瓶的高度 ,從而調節(jié)點滴速度。而液滴管的高度可通過電機實現(xiàn)精確的定量控制。設 備可移動性小，而且對電機的功率也有一定的要求，要采用大功率的電機。改變塑料點滴管的形狀以控制液體的流速。首先由于對管壁施壓改變其形狀 ,其所施加的壓力與流量改變的關系非線性 ,這給流量控制帶來了難度。此外 ,要完成滴速夾的制作有一定的困難。更符合當今設備發(fā)展方向的要求。 方案的確定 根據以上方案的論證分析，結合器件與設備等因素，系統(tǒng)各模塊方案確定如下： （ 1）點滴速度測量采用紅外對管反射接收方式。 （ 3）鍵盤采用 4X4行列式鍵盤。 （ 5）點滴速度控制是利用步進電動機正反轉來調節(jié)輸液管的松緊來實現(xiàn)。點滴速度檢測系統(tǒng)通過紅外光電傳感器檢測點滴速度，并以電信號的形式傳給單片機，經運算、分析、處理后單片機通過輸出端口將數據傳給顯示模塊和電機。5 滴范圍內時電機停止轉動，這樣就實現(xiàn)了智能控制功能。當聲音報警持續(xù) 10 秒鐘后無人復位，則由單片機發(fā)出信號關閉聲光報警，同時 發(fā)出信號控制電機卡死輸液管將點滴速度強制為 0，這樣可以大大提高輸液的安全系數。傳感器檢測電路包括 1個單元電路：點滴速度測量電路?？刂撇糠种饕?3個電路：單片機控制電路、電動機的驅動電路、 液晶顯示屏 的動態(tài)顯示 電路。 （ 1） 檢測前置電路 光電傳感器采用紅外光電傳感器。紅外發(fā)射管在恒定的電源驅動下發(fā)射恒定紅外線。 電路如圖 31。所以必須經過放大電路將其放大，才能得到可以識別的信號。其放大倍數： Av=1+R4/R5。經過 23倍的放大處理，紅外光電傳感器采集到的信號就可以很容易的被處理。 10 +32out15411VddVss10R5GNDGND10R6VCCOUTIN 圖 32 信號放大電路 （ 3） 電壓比較電路 經過放大處理過的信號，其高電平，低電平并不是標準的，不能直接被單片機識別處理。電壓比較器能將輸入電壓和標準電壓相比較。高于標準電壓的，比較器輸出高電壓（ 45V）。在此，采用集成電壓比較器 LM339來做電壓比較。 R8是上拉電阻。 +76out21089VddVss2KRPGNDVCC10R3OUTIN 圖 33 電壓比較電路 由電路圖可以看到，接收管與發(fā)射管正相對，無液滴滴下時，接收管收到信號，輸出低電平；有液滴滴下時，下落的水滴對紅外光有較強的漫反射、吸收及一定的發(fā)散作用，導致接收光強的較大改變，接收管不能收到較強的信號，產生一個較長的脈動，但是信號小，所以經過一個運算放大器 LM342放大之后在經過電壓比較器 LM339就可以輸出一個正向的脈沖信號送給單片機中斷口，據此就可以正確的測 出液滴的滴數，即點滴的速度（滴/分）。使得雙脈沖干擾問題得到較好解決。 每個按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識別這個按鍵的編碼。每個按鍵的狀態(tài)同樣需變成數字量 “0”和 “1”。 S2S6S10S14S3S7S11S15S4S8S12S16S5S9S13S17P10P11P12P13P14P15P16P17 圖 34 鍵盤控制電路 步進 電機驅動電路 步進電機是純粹的數字控制電動機，由電脈沖信號即可轉變成角位移，比其他類型的電動機更適合于本系統(tǒng)，故選用步進電動機。由于單片機帶負載能力有限，不能直接驅動步進電機轉動，所以有必要在單片機和步進電機之間加上步進電機驅動電路，增加單片機帶負載能力。 123456789 101112131415161718NLU2021GNDVCC1B2B3B4B5B6B7B8B1C2C3C4C5C6C7C8C12345P2Header 5VCC 圖 35 步進電機驅動電路 單片機輸出四路脈沖信號控制電動機轉動相位角。 12 圖 36四相四拍脈沖信號波形 為了使步進電機控制更精 確，可以采用四相八拍脈沖信號，波形圖如下圖 3－ 7。拉繩比較容易卡住液體點滴速度。圖