一種醫用智能型氧氣流量計設計與實現

摘 要:針對醫院現有吸氧系統中金屬浮球氧氣流量計閥門手柄旋轉角度和流量的對應關系，通過對手柄旋轉角度進行編碼，提出了一種基于單片機的醫用智能氧氣流量計的設計思想與實現方法，對病人吸氧時氧氣流量和總吸氧量進行記錄。實際應用表明，這種方法簡單方便、安全可靠地解決了按吸氧量計費的問題。

關鍵詞:醫用智能氧氣流量計; 浮球式氧氣流量計; AT89C55單片機; 紅外光

中圖分類號:TP29 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)07-0156-03

Design and Implementation of Oxygen Flowmeter for the Hospital

CAI Hang1， CHENG Sheng-yun2

(1. Shaanxi Lignum Head Office， Xi’an 710002， China; 2. Xi’an Mingri Information Ltd.， Xi’an 710002， China)

Abstract: A design ideology and realization method of the medical intelligent oxygen flowmeter based on a single chip computer are proposed， which performs the coding by the aid of the rotating angle of the nob on the valve of the metal ball cock oxygen flowmeter and aims at the corresponding relationship of the valve nob rotating angle and flow of the oxygen flowmeter available in hospitals. The flowmeter is used to record the patients oxygen flux and the total aspirate quantity. The system directly reads infrared data， which is produced by the metal ball cock oxygen flowmeter in the aspirate oxygen system available in hospitals The applicalion in practice indicates that the method is covenient and solves the problem of charge according to the quantity of the aspirate oxygen.

Keywords: medical intelligent oxygen flowmeter; ball cock oxygen flowmeter; AT89C55 single chip computer;infrared light

0 引 言

長期以來我國醫療系統在病人吸氧時，采用浮球式氧氣流量計監測病人吸氧的流量大小。該流量只是醫療的依據，而不能作為計費的依據，對病人則按吸氧時間計費。這種計費方式客觀上存在著很大的不合理性，在醫院和病人之間造成了一定的矛盾，隨著醫療改革的推進，這種矛盾日益突出，急需一種方便可靠、成本較低能夠自動記錄病人吸氧量的醫用氧氣流量計，以解決按病人吸氧量計費的問題。

利用現代傳感器技術似乎不難做到吸氧量的自動計量和記錄，但是，傳感器元件和封裝材料對病人健康的影響則是一個很大的問題，需要經過大量的論證和實驗，并且需要專門的機構評估和認證，這就使得設備的成本增加，給普及推廣工作帶來一定的困難。

通過對醫院現有吸氧系統的研究發現:現有吸氧系統中監測氧氣流量的浮球式流量計的閥門開關手柄的位置(旋轉角度)決定氧氣流量的大小，手柄位置和氧氣流量有一定的對應關系。通過自動讀取開關手柄的旋轉角度就可以得到氧氣的瞬時流量，利用單片機進行計時和計算就可以得出病人吸氧過程中的累計吸氧量。

1 系統構成和基本原理

本設計是一款簡單、可靠、實用的醫用氧氣流量計量系統，它利用現有吸氧系統中金屬浮球式氧氣流量計閥門開關手柄旋轉角度和氧氣流量的相關性進行計量。在閥門手柄上安裝一個編碼盤，將編碼盤沿徑向等分為4等份，沿圓周方向等分為16個面積相等的扇區，將這16個扇區依順時針方向對徑向的4個相等區域按二進制數規則進行編碼，并分別涂上黑色和白色(黑色代表“0”白色代表“1”)這樣在編碼盤上就形成了以0H~15H表示的16個手柄轉動角度的不同位置，分別代表不同的氧氣流量。在編碼盤的一側安裝4對紅外光發射和接收管，試其分別對準編碼盤徑向的4個編碼區，當閥門手柄轉動時紅外接收管就能接收到一個編碼序列，并將其傳送到AT89C55單片機[1，2]。AT89C55單片機對這些編碼進行分析比較就能確定手柄的旋轉方向、角度、旋轉圈數和最終停止位置，從而計算出相應的氧氣流量，同時記錄吸氧的開始時間和結束時間，最終計算出病人的總計吸氧量。在吸氧過程中顯示吸氧時間、流量、吸氧量等信息并提供查詢功能。吸氧結束時通過RS 232串行接口將吸氧信息傳送到上位計費計算機。

系統由編碼盤、紅外光讀碼裝置、氧氣流量記錄和計算裝置、顯示裝置、操作面板和RS 232串行接口和應用系統軟件等組成[2，3]。其系統設計框圖如圖1所示。

圖1 系統設計框圖

2 硬件實現方案

2.1 編碼盤

如圖2所示編碼盤是由厚度為2 mm直徑為80 mm塑料園板制成，編碼盤安裝于浮球氧氣流量計的閥門手柄上，編碼盤的“0H”位置對應于閥門的關閉狀態，其余16個位置對應于不同的氧氣流量。

圖2 編碼盤

2.2 紅外光讀碼裝置

紅外光讀碼裝置是由4對反射式紅外開關管組成[4，5]，利用編碼盤上黑色和白色區域對紅外光的不同反射率識別不同的編碼[6]。黑色對紅外光的反射很弱，接收管處于截止狀態，白色對紅外光的反射很強，接收管處于飽和狀態。信號直接，接入AT89C55的P1口。其主體電路如圖3所示。

圖3 紅外讀碼電路

2.3 氧氣流量記錄和計算裝置

本設計采用AT89C55單片機作為氧氣流量記錄、計算、查詢的核心，由DS12887提供實時時鐘。單片機每分鐘讀一次編碼信息并計算流量，同時進行存儲和顯示，單片機通過中斷方式接受操作鍵產生的中斷信號，調用相應的子程序完成時間設置、流量設置、查詢、清零等工作。

2.4 顯示裝置

顯示裝置采用SMG19264液晶模塊電路作為顯示器[7]，其主體電路如圖4所示。

圖4 顯示電路

2.5 操作面板

操作面板上共有開始/結束、設置、上/下調、查詢、清零5個操作鍵，其主體電路如圖5所示。

圖5 操作鍵盤電路

2.6 電源部分

單片機及外圍所連接的芯片工作電壓要求為+5 V。先將220 V的交流電壓經交流到直流的轉換器轉換到+9 V，再將+9 V電壓通過穩壓器穩壓到+5 V對系統供電[8]。考慮到電源部分的抗干擾問題，有必要加上光電隔離，以防止影響整個系統的正常工作[9]。主要電路如圖6所示。

圖6 電源電路

2.7 RS 232串行接口

RS 232串行接口是單片機和上位計算機進行通信的必備環節。AT89C55單片機片內包含了一個全雙工的可編程的串行I/O端口，在串行通信中采用RS 232標準。RS 232標準的電平采用負邏輯，規定+3~+15 V之間的任意電平為邏輯“0”， -3~-15 V之間的任意電平為邏輯“1”，通信時要將TTL或CMOS電平轉換為RS 232電平，本設計采用MAX232芯片來完成電平轉換[4，7]，其電路如圖7所示。

圖7 RS 232串行通信電路

3 軟件設計

軟件設計采用單片機C語言設計，總程序設計包括:時間設置模塊設計、流量設置模塊設計、計量模塊設計、查詢模塊設計、顯示模塊設計、清零模塊設計、操作鍵設置模塊設計等[10]，其總程序流程圖如圖8所示。

圖8 總程序流程圖

4 結 語

給出了一種簡單實用、安全可靠、成本低廉的智能型醫用氧氣流量計的設計和實現方法。在不改變醫院現有吸氧系統及設施的基礎上，利用本儀器就能方便地解決病人吸氧時按吸氧量計費的問題，具有較高的推廣價值，將會為我國的醫療改革做出貢獻。

參考文獻

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