基于GSM的智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

白龍 孫霄霄 劉潔 姚鵬 劉博強

摘 要：針對目前醫(yī)院中點滴輸液所存在的問題，以STC89C52單片機為控制核心，通過CAN總線構(gòu)成有線網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計了一種多功能液體點滴監(jiān)控系統(tǒng)。實現(xiàn)了滴速的實時控制和輸液結(jié)束提示，使輸液過程更加安全，降低了護士和陪護人員的勞動強度，同時系統(tǒng)的GSM模塊為醫(yī)生查房、換藥、書寫病歷等起到了輔助作用，具有較高的實用價值。

關(guān)鍵詞：GSM；STC89C52；CAN；監(jiān)控系統(tǒng)

引言

點滴輸液是醫(yī)院非常重要的醫(yī)療手段。點滴輸液過程中主要問題有兩個：一是調(diào)整輸液速度，點滴過快、過慢都會影響治療效果和病人的休息；二是監(jiān)視瓶中的藥液，當(dāng)藥液滴完，及時換藥或拔除針頭[1]。因此，需要一種準確調(diào)整滴速，并且當(dāng)藥液快滴完的時候并能及時發(fā)出報警信號，提示護士拔除針頭的自動監(jiān)控裝置，使點滴輸液更加安全和方便。

本設(shè)計針對上述問題，運用單片機技術(shù)、紅外線光電傳感器與GSM手機模塊組成一個分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)， 實現(xiàn)對點滴輸液的實時監(jiān)控，并具有手機短信提示、病人治療基本情況查詢等功能。從而減輕了護士的工作量，同時為醫(yī)生查房、換藥、書寫病歷等起到了輔助作用。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)主要由醫(yī)務(wù)監(jiān)控中心和病房監(jiān)控從機構(gòu)成（以某一病房為例）。醫(yī)務(wù)監(jiān)控中心主要由護士站和醫(yī)生辦公室的計算機組成，并配以GSM手機通信模塊。

病房監(jiān)控從機以STC89C52單片機為控制器，通過紅外傳感器對點滴速度和液位進行監(jiān)測，將監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上，使患者本人知道當(dāng)前輸液狀態(tài)，并利用雙極性步進電機拖動、控制儲液瓶的高度，實現(xiàn)點滴速度的自動調(diào)節(jié)，當(dāng)儲液瓶中剩余藥液高度達到2～3cm或有異常情況時，可由報警裝置立即報警。

2 硬件設(shè)計

2.1 從機主控模塊

病房監(jiān)控從機主要完成滴速與液位的監(jiān)測，并將輸液過程中的動態(tài)信息通過液晶屏顯示給患者，當(dāng)有異常情況時，可及時報警。監(jiān)控從機以臺灣宏晶公司的STC89C52單片機為控制核心，STC89C52內(nèi)置可反復(fù)擦寫的Flash存儲器，具有在線編程功能，開發(fā)成本低，便于系統(tǒng)維護和升級[2]。顯示部分采用JM12864M漢字圖形點陣液晶顯示模塊，通過單片機模擬SPI接口進行控制，可以動態(tài)顯示輸液信息，主要包括當(dāng)前滴速（滴/分）和病房從機的ID號。

2.2 滴速和液位檢測模塊

滴速和液位的測量由非接觸式紅外傳感器完成，此傳感器輸出信號變化明顯，靈敏度高，通過感光元件對變化的入射光加以接收，并進行光電轉(zhuǎn)換，且發(fā)光元件和接收元件的光軸是重合的。當(dāng)液滴經(jīng)過兩者之間時，會阻斷光路，使接收元件接收不到來自發(fā)光元件的光，進而輸出一個脈沖信號，設(shè)置單片機每接收一個脈沖就中斷一次，單位時間脈沖信號的個數(shù)就是滴速。由于兩個傳感器的輸出信號不穩(wěn)定，因此采用集成施密特觸發(fā)器的74HC14整形，從而獲得規(guī)則的脈沖信號[3]。

2.3 滴速控制模塊

通過控制電機的正反轉(zhuǎn)來改變滴斗與地面的距離，根據(jù)滴斗高度與滴速的對應(yīng)關(guān)系，以達到控制點滴滴落速度的目的。點滴速度控制電路采用專用的步進電機控制芯片L298。雙全橋式驅(qū)動器L298在6～46V的電壓下可提供2A的額定電流，用較小的封裝提供強大的驅(qū)動能力，帶有電流反饋輸出，并有過熱自動關(guān)斷功能，它的外部需要連接續(xù)流二極管。

2.4 GSM模塊

TC35i是Siemeils公司推出的新一代工業(yè)級GSM模塊。自帶RS232通信接口，可以方便地與PC機、單片機連機通訊。可以可靠、安全、快速地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸和短消息服務(wù)。TC35i模塊的工作電壓為3.3～4.8V，可工作在休眠和空閑狀態(tài)。本系統(tǒng)中利用STC89C52的UART口經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后與TC35i相連，另用兩個I/O口控制GSM模塊的復(fù)位和開機。這樣下位機就可以在第一時間利用GSM模塊向護士和醫(yī)生發(fā)送相關(guān)信息了，醫(yī)護人員的SIM卡號可通過護士站上位機軟件寫入到下位機的E2PROM中。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)通信

醫(yī)務(wù)監(jiān)控中心（護士站）和病房監(jiān)控從機通過CAN總線進行有線通信，每個病房有獨立的ID號，通信時先由主機發(fā)出地址幀，ID號匹配的從機與主機通信，完成點滴狀態(tài)信息的上傳和控制設(shè)定。而醫(yī)生可通過GSM手機模塊第一時間獲知患者輸液結(jié)束等相關(guān)消息，為安排相應(yīng)處置（換藥、查體、輔助檢查等）做好準備。

護士站PC機的操作軟件利用VC++編寫，上位機軟件的功能是設(shè)定點滴速度，然后送給病房的下位機，當(dāng)點滴瓶中的液體還剩2～3cm時，紅外對管接收到信號并傳送給單片機，單片機通過蜂鳴器報警，提示病人及陪護人員，同時將報警信息送給上位機，在上位機的接收區(qū)會顯示接收到的報警數(shù)據(jù)，指示燈會變成紅色作為報警。

3.2 下位機軟件設(shè)計

下位機軟件主要是完成點滴速度的檢測、調(diào)節(jié)和顯示、液位檢測和報警，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)等命令。設(shè)計的主要思路是，將液滴探測電路的輸出信號輸入單片機的外部中斷，同時利用片內(nèi)定時計數(shù)器測出點滴的滴數(shù)和所需要時間，測三次后取其平均值，作為當(dāng)前的滴速值。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)的設(shè)計旨在使點滴輸液的控制智能化和網(wǎng)絡(luò)化，提高醫(yī)療設(shè)備的自動化水平。經(jīng)實驗環(huán)境調(diào)試后，記錄實驗數(shù)據(jù)并分析實驗結(jié)果得出以下結(jié)論。滴速誤差小于±5（滴/分鐘），相對誤差控制在 5%以內(nèi)；輸液即將結(jié)束時病房下位機可及時報警并通知醫(yī)護人員；GSM模塊很好地輔助醫(yī)生完成了查房、換藥、書寫病歷等工作。因此，本智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)能夠完成對點滴過程的有效控制，讓病人感覺到輸液更加安全、放心，同時為醫(yī)護工作提供便利，具有較高的應(yīng)用和推廣價值。

參考文獻

[1]陳麗婭，楊蕓.醫(yī)用點滴自控裝置的研制[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，13：107-108.

[2]張毅剛.單片機原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]李 ，余學(xué)飛，陳光杰，等.基于單片機的輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].醫(yī)療設(shè)備信息，2006，21（6）：13-14.

[4]楊欣宇，劉正亮.基于AT89C51的液體點滴速度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報，2005，21（6）：55-57.

作者簡介：白龍，牡丹江師范學(xué)院，碩士研究生，講師，研究方向：智能檢測與控制。