基于紅外光電傳感器的輸液監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

摘要：現(xiàn)代醫(yī)學(xué)需要對藥液的流量或流速進(jìn)行精確控制，針對醫(yī)院人工監(jiān)測病人輸液存在的問題，本文設(shè)計了基于紅外光電傳感器的點滴傳感器用于對輸液泵輔助監(jiān)測。采用MSP430F413單片機采集數(shù)據(jù)，通過液晶屏來顯示輸液總量及輸液速度。該設(shè)計成品結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧，操作方便。實際測試表明，該監(jiān)護(hù)器運行穩(wěn)定，基本無誤報現(xiàn)象，安全可靠。

關(guān)鍵詞：單片機；紅外光電傳感器；輸液總量

靜脈輸液是一種最常用的臨床治療方法[1]。目前，醫(yī)院進(jìn)行臨床輸液時，輸液速度的調(diào)節(jié)一般由病人或醫(yī)院護(hù)士來完成，效率不高。特別是在患者增多，醫(yī)護(hù)人手緊張的情況下，這個矛盾尤為突出[2]。在長時間的靜脈輸液過程中，對護(hù)士來說，需要時刻保持緊張情緒，精神壓力極大；對患者來說，如果沒有陪護(hù)人員，患者必須自己時刻關(guān)注輸液情況，如果稍有不慎，就極有可能導(dǎo)致更換藥液不及時，對患者造成一定的傷害。因此，傳統(tǒng)的人工輸液監(jiān)護(hù)形式有不少弊端，研制一種智能輸液監(jiān)控器，對患者輸液過程進(jìn)行自動化監(jiān)控，并實現(xiàn)智能管理是醫(yī)院今后發(fā)展的必然趨勢[3]。

1系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)功能設(shè)計如下：在一定誤差允許的條件下，系統(tǒng)實現(xiàn)對液滴的瞬時速度（滴數(shù)/min），以及總量計數(shù)（ml/h）的監(jiān)測，作為輸液泵的輔助工具用來測量流速以及總量。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見圖1。輸液監(jiān)護(hù)器由單片機作為主控器件， 外圍硬件電路包括輸液檢測模塊、電源模塊、按鍵模塊以及報警模塊和顯示模塊組成，單片機內(nèi)部的軟件應(yīng)用程序由C語言進(jìn)行編程設(shè)計。

2硬件設(shè)計

輸液監(jiān)護(hù)器直接固定在輸液器上，系統(tǒng)選取紐扣電池作為系統(tǒng)電路電源。MSP430F413單片機作為系統(tǒng)核心芯片。單片機電路作為整個系統(tǒng)的核心控制部分，主要是完成與其他電路的接口，從而獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理實現(xiàn)各種功能，并且將處理的結(jié)果采用液晶屏顯示出來。單片機的接口電路非常簡單，分別采用單片機的一般I/O口實現(xiàn)與其他電路的接口。該系統(tǒng)的時鐘部分都是采用晶體振蕩器實現(xiàn)的，本設(shè)計采用的晶體振蕩器的時鐘頻率是32768HZ。這里需要考慮干擾的問題，在該系統(tǒng)中的干擾比較小，因此，模擬地和數(shù)字地共地，模擬電源輸入端增加一個濾波電容以減少干擾。同時接入外圍電路用來為LCD液晶屏提供驅(qū)動電壓，選用的電阻為1MΩ，且在電源端接入0.1uF的電容，用來濾掉微小的波紋，以減少干擾。在干擾不是很大的情況下，單片機可以正常工作實現(xiàn)各種功能。

2.1輸液檢測模塊 目前，采用光電檢測技術(shù)[4]實現(xiàn)滴速檢測是常用的方法。系統(tǒng)選用槽式光電開關(guān)LTH-301-32作為檢測液滴的傳感器。LTH-301-32紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光穿過莫菲氏管照射到接收管，當(dāng)莫菲氏管中沒有藥液滴過時，光線衰減變?nèi)酰藭r光電開關(guān)輸出電流比較強；當(dāng)莫菲氏管中有藥液滴過時，光線會因為藥液發(fā)生吸收和散射現(xiàn)象，光電開關(guān)只能得到比較弱的光信號，因此輸出的電流比較弱。因此， 根據(jù)光電開關(guān)輸出電流的強弱就可判斷是否有液滴滴下。

2.2報警模塊電路 當(dāng)輸液過程異常或輸液完畢時，輸液監(jiān)護(hù)器會發(fā)出聲光報警信號，可選用壓電式蜂鳴器來實現(xiàn)這一功能。壓電式蜂鳴器工作時約需10mA的驅(qū)動電流，由于單片機輸出信號不能直接驅(qū)動蜂鳴器，因此外接驅(qū)動電路。蜂鳴器作為三極管的集電極負(fù)載，當(dāng)三極管導(dǎo)通時，蜂鳴器發(fā)出鳴叫聲；三極管截止時，蜂鳴器不發(fā)聲。

2.3顯示模塊電路 顯示模塊主要有液晶LED來實現(xiàn)。系統(tǒng)的顯示電路由簡單段碼液晶LED實現(xiàn)，該電路直接與單片機的I/O端口進(jìn)行連接，并且MSP430F413具有直接驅(qū)動液晶的作用。

3軟件設(shè)計

MSP430單片機的開發(fā)軟件常用的是IAR公司的IAR Embedded Workbench集成開發(fā)環(huán)境，它可以編輯、匯編和編譯匯編語言和C語言源文件，并且其C語言和匯編語言具有相同格式的頭文件，給開發(fā)帶來了靈活性。本設(shè)計的代碼均由C語言編寫[5]。

軟件程序設(shè)計主要包括：定時器Timer_A的初始化，端口設(shè)置初始化，顯示液晶的初始化，Timer_A的中斷程序，端口的中斷程序，液晶顯示程序和主函數(shù)程序。主處理模塊主要是實現(xiàn)各個模塊軟件的交互，并且設(shè)置默認(rèn)顯示記錄總滴數(shù)，瞬時速度。本文主要采用在一段時間內(nèi)累計相加的算法。

滴數(shù)/min的算法采用1min中每10s計1次數(shù)，第一個10s計數(shù)，計算1min的輸液速度，20s計數(shù)，然后計算1min的輸液速度，以此類推，然后當(dāng)計時間到1min后，第一個10s的數(shù)重新寫入，然后計算1min的輸液速度，第二個10s再重新寫入，計算1min的輸液速度，以此類推。每10s刷新一次。利用1min內(nèi)的計數(shù)來算瞬時速度。在第一個1min內(nèi)10s計數(shù)，計算得瞬時速度的誤差較大，隨著時間的累加，誤差逐漸減小。ml/h采用總的計量數(shù)計算總滴數(shù)轉(zhuǎn)換而得，由于液滴的每滴存在著一定的誤差，采用補償?shù)姆椒◤浹a缺陷。

4實驗結(jié)果

在某市規(guī)模最大的一家三級甲等醫(yī)院進(jìn)行臨床測試，結(jié)果顯示， 當(dāng)目測輸液滴速在60滴/min左右時，輸液監(jiān)護(hù)器不會報警； 當(dāng)手工緩慢調(diào)節(jié)滴速至目測低于40滴/min或高于80滴/min時，輸液監(jiān)護(hù)器會馬上發(fā)出聲光報警提示；當(dāng)掐斷輸液管（模擬輸液堵塞或輸液結(jié)束狀態(tài)）時，輸液監(jiān)護(hù)器也會馬上發(fā)出聲光報警提示。經(jīng)反復(fù)測試， 無誤報現(xiàn)象。此外，經(jīng)實際測試，輸液監(jiān)控系統(tǒng)測得的流速結(jié)果見表1。

5結(jié)論

本文以單片機為系統(tǒng)核心，設(shè)計了一款輕巧便攜的輸液監(jiān)護(hù)器。當(dāng)有病人需要輸液時， 將輸液監(jiān)護(hù)器固定在輸液器的莫菲氏管上， 可以實時監(jiān)測輸液情況。臨床測試表明，此輸液監(jiān)護(hù)器操作簡單，安全可靠，可以使護(hù)士從繁重的工作中解脫出來，有精力投入到其他工作中，既節(jié)約了人力，又充分利用了護(hù)士資源。可以預(yù)測，醫(yī)用輸液監(jiān)護(hù)系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢將是把通信技術(shù)和單片機技術(shù)結(jié)合在一起，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)的性能，使系統(tǒng)更加精密可靠，并且成本低廉，易于推廣。同時，網(wǎng)絡(luò)化和智能化也是輸液監(jiān)護(hù)系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]李琴.基于MCGS的液體點滴監(jiān)控系統(tǒng)模型的設(shè)計與實現(xiàn)（論文）[J].北京：華北電力大學(xué)，2006，1～2.

[2]陳巍，郁漢琪.基于單片機的液體點滴速度監(jiān)控的研究[J].自動化博覽，2009，5（10）：74～75.

[3]張永東，班旭東，高軍.輸液速度自控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算技術(shù)與自動化，2004，24（4）：27～28.

[4]蘭天，李路云. 醫(yī)用點滴智能監(jiān)控裝置的設(shè)計[J].大連民族學(xué)院學(xué)報，2004，6（5）：1～2.

[5]馬將，楊昆，文宇橋等.醫(yī)用輸液監(jiān)護(hù)器的設(shè)計[J].四川理工學(xué)院學(xué)報，2013，26（2）：39～42.

編輯/許言