【正文】 的問題 395 結(jié)論與展望 41致 謝 42參考文獻 43附 錄 44附錄1 原理圖 44附錄2 實物圖 451 緒論 課題背景改革開放以來，隨著國際交流的進一步增強和國家支持力度的不斷加大，我國醫(yī)療器械行業(yè)迅猛發(fā)展令世界刮目相看。06和07年，中國醫(yī)療器械進出口額都超過百億美元[1]。靜脈輸液是利用大氣壓和液體靜壓原理將生理鹽水、葡萄糖等藥液由靜脈輸入病人體內(nèi)的方法。它的主要特色是給藥迅速、見效快，及時搶救了無數(shù)患者的寶貴生命。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，從而加重了護理人員的勞動負擔，也不利于病區(qū)的綜合管理。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢輸液在國內(nèi)具有巨大的市場規(guī)模與市場容量。據(jù)分析，我國輸液的總體市場潛量高達 120億瓶。一方面影響病人休息和治療，也給醫(yī)護人員的高效工作帶來了諸多不便。鑒于目前輸液過程中存在這樣那樣的安全隱患，且在輸液過程中存在耗費人力較大等問題，迫切需要對目前輸液狀況進行改進，近幾十年來，國內(nèi)外一些專家爭相研究，輸液監(jiān)控系統(tǒng)一直在不斷改進，目前已取得不小成就，其發(fā)展主要經(jīng)歷以下幾個階段：機械式輸液監(jiān)視階段：該方法是在輸液瓶上方掛一只彈簧秤，根據(jù)輸液過程中瓶中藥液逐漸減少，導(dǎo)致彈簧伸縮變形，由此計算出剩余液面的當前位置，于向英等利用這種方法對輸液監(jiān)控過程進行了多次試驗，結(jié)果證明誤差較大，這是因為輸液瓶容積規(guī)格大小不同，且輸液液體密度不同等多種原因?qū)е碌?，所以說機械式輸液監(jiān)控設(shè)備可行性較差，未能得到發(fā)展。這種設(shè)計思想具有一定的可取性，系統(tǒng)能夠起到一定的監(jiān)控作用，但是由于輸液過程中涉及瓶子體積不均問題，且電容不能像電阻那樣是可以隨便調(diào)節(jié)，一旦焊接固定了就不可改動，需要設(shè)計多種規(guī)格的電路，實際應(yīng)用起來太繁瑣，并不能真正推廣開來。難免與下落液滴接觸，這樣會對藥液造成污染，不符合藥品安全規(guī)范，所以并不能投入實際應(yīng)用。國外對智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)也有諸多研究，相對較早，在20世紀80年代末就開始有研究了。輸液泵對于重癥病人及某些嬰幼兒患者進行監(jiān)控是非常必要的，對病人的治療起到了很好的幫助作用。同時，輸液泵的功能相當齊全。但是輸液泵價格普遍比較昂貴，在兩萬元人民幣左右，其應(yīng)用在一些發(fā)達國家醫(yī)院較為常見[2]，而在國內(nèi)醫(yī)院還鮮有應(yīng)用。 主要研究內(nèi)容課題主要研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用主從式結(jié)構(gòu)，輸液過程中液位的檢測、滴速的檢測顯示與控制，報警系統(tǒng)的設(shè)計，通信系統(tǒng)的設(shè)計，傳感器及各種器件的選擇與計算等。總機與上位機連接放在護士工作站，上位機與總機用串口線進行通信。本文分為六章：第一章緒論部分介紹了課題背景，輸液監(jiān)控系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及本文的主要研究內(nèi)容。第三章對硬件電路進行了具體設(shè)計，給出了硬件框圖，并對各模塊進行了詳細分析。第五章是對該論文的總結(jié)與展望。通過高速的數(shù)據(jù)通信，把各個分散點的信息集中起來，進行集中的監(jiān)視和操作。 （2）從機由單片機構(gòu)成，完成對某一輸液控制過程的監(jiān)控。 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計該輸液監(jiān)控系統(tǒng)由主站和從站兩部分組成：第一部分是由計算機PC和實時監(jiān)控軟件組成的上位機（即主站監(jiān)控中心）管理監(jiān)控系統(tǒng)。主控 PC機作為上位機用于監(jiān)控所有的輸液終端輸液情況，輸液監(jiān)控終端所檢測到的報警數(shù)據(jù)通過無線傳輸給總機，總機通過串口總線傳送給主控 PC機，完成系統(tǒng)功能。單片機系統(tǒng)能夠完成輸液滴速的監(jiān)測與顯示。要根據(jù)系統(tǒng)實時性與價格比進行綜合考慮，輸液監(jiān)控系統(tǒng)分為硬件，軟件兩部分：硬件部分主要是病人端的液位、滴速的檢測、報警與顯示及數(shù)據(jù)的發(fā)送，護士端的接受，報警；軟件部分主要是單片機下位機、總機程序及PC上位機程序。壓電傳感器主要利用壓電效應(yīng)而造成的，在輸液瓶的下方加一個壓力傳感器，通過壓力大小變化來判斷是否有藥液滴下，壓力傳感器具有價格低、抗干擾能力強、使用壽命長等優(yōu)點。方案二：采用紅外對管檢測，紅外對管是一種利用紅外線為介質(zhì)的測量系統(tǒng)，具體用法是把對管放在莫菲式管兩側(cè)，紅外發(fā)送管對光的敏感性較強，當有液滴下落時使發(fā)送管接受到某種紅外線后會發(fā)生明顯變化進而發(fā)送信息，紅外接收管接收到微弱信號，經(jīng)放大并進行電壓比較后再經(jīng)整形處理傳送給單片機，計算出液滴速度。本設(shè)計采用方案二。由于有線通信是把很多線纜埋在地下，時間久了，線路容易腐化或遭到侵蝕，影響通信質(zhì)量。無線通信具有成本低廉、擴展性好、適應(yīng)性好等優(yōu)點。有廣泛的適應(yīng)性。本設(shè)計采用方案二。發(fā)送電路硬件框圖如圖31所示圖31 下位機部分電路硬件框圖本系統(tǒng)采用的單片機主芯片AT89S52為 ATMEL 所生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。VSS：電源地端。XTAL2：系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機。EA/Vpp：EA為英文External Access的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動作，也就是說當此引腳接低電平后，系統(tǒng)會取用外部的程序代碼（存于外部EPROM中）來執(zhí)行程序。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時，此引腳要接成高電平。ALE/PROG：ALE是英文Address Latch Enable的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號。平時在程序執(zhí)行時ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用來驅(qū)動其他周邊晶片的時基輸入。PSEN：此為Program Store Enable的縮寫，其意為程序儲存啟用，當8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時（EA=0），會送出此信號以便取得程序代碼，通常這支腳是接到EPROM的OE腳。PORT0（～）：端口0是一個8位寬的開路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個位，依此類推。如果當EA引腳為低電平時（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲器），P0就以多工方式提供地址總線（A0～A7）及數(shù)據(jù)總線（D0～D7）。PORT2（～）：端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個引腳可以推動4個LS的TTL負載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時，此端口便能當成輸入端口來使用。PORT1（～）：端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個LS TTL負載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。PORT3（～）：端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個TTL負載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。：TXD，串行通信輸出。：INT1，外部中斷1輸入。：T1，計時計數(shù)器1輸入。：RD，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。另外，該引腳被略微拉高。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 數(shù)碼顯示電路顯示電路主要是用來顯示滴速的，液滴滴速顯示一是為了方便護士給病人掛水時調(diào)節(jié)滴速，防止只憑經(jīng)驗調(diào)速不準而造成醫(yī)療隱患；二是為了方便護士巡房，使其服務(wù)更加準確、高效。液位檢測不準，報警不準會造成護士手忙腳亂，失去智能監(jiān)控的作用。發(fā)送管對光比較敏感，光反應(yīng)后發(fā)出模擬信號，接收管接收后經(jīng)電壓比較器后進行電平轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)要求當瓶內(nèi)液面降到4～5cm時，能發(fā)出報警信號。讓紅外發(fā)射和接收管正對放置在瓶子兩邊。其信號通過電子線路輸入數(shù)據(jù)處理模塊處理后，報警處理模塊自動發(fā)出輸液終點提示。當液位逼近報警界面時，由于氣泡等的因素，輸出電壓呈現(xiàn)如圖36所示的波形。經(jīng)測量當沒有液滴滴下時，當有液滴滴下時會出現(xiàn)兩個波峰，位于波底的電壓約高于2V。其實物圖如37所示：圖37 滴速檢測實物圖滴速檢測是非常麻煩的一件事，經(jīng)過多次用示波器測試，發(fā)現(xiàn)滴速滴下時接收管輸出的電壓成如圖38所示的波形：圖38 液滴滴下時的輸出波形，通過波形大約可以估算出波底的電壓是2V，就可以將兩個波頭濾除，轉(zhuǎn)化為電平信號。對管意思就是包含兩個管子，紅外發(fā)射管一般為白色，紅外接收管為黑色。如果極性焊接不正確，．上電后紅外對管很容易燒毀，紅外發(fā)射管一般與紅外接收管配對使用，否則將無法檢測到信號。內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如圖39所示：左邊為發(fā)送管電路，可以看出紅外發(fā)射管是由一個二極管和一個限流電阻組成的，它能把相應(yīng)波長紅外線發(fā)送出去。對管原理相當簡單，使用也很方便。單電源、雙電源均可工作，輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS等兼容；單電源工作電源范圍：2～36V，雙電源：為士1，+18V，可看出其范圍較廣[5]。比較器的所有沒有用的引腳必須接地，內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖310所示： 圖310 LM393內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖LM393主要應(yīng)用電路有：基本比較器電路、LM393驅(qū)動TTL的電路、換能放大器、電路低頻運算放大器、LM393驅(qū)動CMOS的電路、帶失調(diào)調(diào)整的低頻運算放大器等[6]，本設(shè)計選用的是基本比較器電路如圖311所示：圖311 比較器基本應(yīng)用電路經(jīng)過LM393電壓比較器后，液滴滴下時的兩個波頭的波形被轉(zhuǎn)化為如圖312所示的波形：圖312 被轉(zhuǎn)化后的波形 聲光報警電路聲光報警主要用在當輸液瓶中液體快滴完時，要通知護士盡快拔針，以免造成血液回流現(xiàn)象，危害病人身體健康。此設(shè)計選擇有源蜂鳴器。 無線模塊電路傳統(tǒng)的有線通信產(chǎn)品在投入使用前往往需要花費大量的人力物力來進行布線，而有些需要用昂貴的電纜才能實現(xiàn)其功能，導(dǎo)致成本太高，況且有線通信系統(tǒng)在日常維護時需要更多的成木。不斷改進，不斷完善，基于無線通信方便以及成本較低等多種好處，許多用戶和工程師們也越來越青睞于無線通信，無線也逐漸取代有線。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，VT腳才輸出高電平，與此同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。PT2262芯片的外形圖如圖314所示：圖314 PT2262外形圖A0A1111013地址管腳,用于進行地址編碼,可置為“0”,“1”,“f”(懸空),D0D571013數(shù)據(jù)輸入端，有一個為“1”即有編碼發(fā)出，內(nèi)部下拉Vcc18電源正端（＋）Vss9電源負端（－）TE14編碼啟動端，用于多數(shù)據(jù)的編碼發(fā)射，低電平有效；OSC116振蕩電阻輸入端，與OSC2所接電阻決定振蕩頻率；OSC215振蕩電阻振蕩器輸出端；Dout17編碼輸出端（正常時為低電平）PT2272芯片的外形圖如圖315所示：圖315 PT2272外形圖A0A11181013地址管腳,用于進行地址編碼,可置為“0”,“1”,“f”(懸空),必須與2262一致,否則不解碼D0D5781013地址或數(shù)據(jù)管腳,當做為數(shù)據(jù)管腳時,只有在地址碼與2262一致,數(shù)據(jù)管腳才能輸出與2262數(shù)據(jù)端對應(yīng)的高電平,否則輸出為低電平,鎖存型只有在接收到下一數(shù)據(jù)才能轉(zhuǎn)換Vcc1