液體點滴速度自動控制裝置設計

摘要：目前，許多醫院普通病房患者靜脈輸液過程中存在輸液速度無法人性化監測和調節等問題，設計提出了一套針對不同病人的輸液狀況進行實時監控并能準確調節液滴速度的裝置。該系統在微改變傳統輸液形式的前提下，以單片機AT89C51為核心，利用紅外對管傳感器監測液滴每分鐘滴數和液位變化，然后控制步進電機來調節液滴瓶的高低來實現對液滴滴速的控制。該設計臨床實現比較容易，具有較高的實用價值。

關鍵詞：紅外對管 液滴速度 AT89C51 步進電機

0 引言

靜脈輸液是臨床治療中最常用的，臨床上一般根據藥物和患者的不同情況來配以合適的輸液速度，輸液速度過快可能導致中毒等不良反應。常規的臨床輸液，常用掛瓶輸液，依靠眼睛來觀察、手動夾具來控制輸液速度，這種傳統的輸液方式并不能精確的控制輸液速度，并且工作量大，造成較多的人力資源浪費。本設計就是為了解決上述的人力資源浪費以及輸液速度問題而設計的液體點滴速度自動控制裝置。

1 自動控制裝置硬件設計

1.1 點滴速度測量

采用紅外對管來發射和接收點滴信號，采用斷續式的工作方式，當液滴滴下時阻擋了紅外接收管接收紅外線，從而產生一個高電平脈沖信號。紅外對管檢測液滴原理圖如圖1.1所示：

由于紅外光產生的光信號較弱，其接收管接收的信號更是十分微弱，相當于毫伏級的電壓。所以必須經過放大電路將其放大到系統能識別的信號。本設計采用集成運算放大器LM324構成的同向交流放大器。經過放大電路處理后的信號并不標準，單片機并不能直接識別，因此需要使用電壓比較器將不標準的脈沖信號轉化為標準的脈沖信號，采用集成電壓比較器LM339實現。

1.2 液位檢測

當點滴液位低于警戒線以下時必須發出聲光報警。在這種情況下，關鍵是如何檢測液面高度。檢測方法與液滴測量相同，仍然使用紅外對管來發射接收液滴信號。根據紅外接收管接收的光強度的大小，來確定是否達到警戒線水位。由于紅外光通過空氣和水的光強不同，因此吸收系數也有不同，當液位高度低于警戒線（離瓶口2-3cm）時，紅外對管會接收到信號，即為報警信號，此時蜂鳴器報警。

1.3 速度控制模塊

通過利用步進電機和滑輪系統來控制液瓶的高度，可以通過步進電機正反轉來調節液瓶的高度，從而達到控制液滴速度。采用28BJY-48型四相八拍步進電機，工作電壓為DC5V，步距角為0.9度，θ=360度/（50*8）=0.9度（50為轉子齒數），也就是說給電機400個脈沖，電機轉一圈。選用ULN2003A來驅動步進電機。

2 自動控制裝置軟件設計

液位檢測程序主要用于檢測點滴瓶中的液位高度，一旦液位高度低于警戒線（離瓶口2-3cm）時，系統發出報警信號。如果液位高度高于警戒線，那么系統會照常采集液滴滴速，并將其送入單片機。首先給系統設定一個速度值，隨著液滴的落下，紅外對管檢測到信號后，定時器開始計時，液滴數值加一，同時程序計算出當前液滴滴速，與之前設定的速度值相比較，通過比較來控制步進電機的正反轉，最終達到控制點滴瓶高度的目的。

3 裝置測試

經多次測試得到下表3-1數據。

從上面的測試結果可以看出，本設計對液滴滴速的測試誤差小于3（滴/分），但仍存在一定程度的誤差，經分析，主要由以下原因造成：

①由于紅外對管對水的檢測能力較弱，可能存在對部分液滴滴下時未能識別到，造成計數減少的情況。

②由于點滴瓶中的水一直在減少，可能造成液滴的下落速度不均。

③因為瓶子是在運動中，上升和下降的過程中難免會產生加速度，造成液滴下落的速度不穩定。

④在調試的過程中發現，紅外對管在工作過程中很容易受到外界的干擾，針對這種情況，在實際的設計過程中對紅外對管外圍進行包裹，并對各個部分用膠布進行固定。

4 結論

本裝置設計了一種可以進行點滴速度檢測、控制和液位檢測的自動化裝置，給目前輸液使用帶來了方便，但仍存在一些需要改進的地方，如：當滴管抖動時，液滴滴速的監測精度就會受到影響，并且將降低裝置的穩定性等。這些都需要繼續改進和擴展。

參考文獻：

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[2]卜云峰.液體點滴速度檢測技術[M].北京：機械工業出版社，2005：7-10.

[3]朱建英，張玲玲，韓文軍，葉文琴.靜脈輸液安全管理的方法及效果[J].中華護理雜志，2008（02）.

作者簡介：周國棟（1985-），男，壯族，百色市特種設備監督檢驗所。