基于紅外傳感器的智能輸液報警系統

朱多佳，胡欣宇

（山西農業大學 軟件學院，山西 太谷 030801）

0 引 言

輸液是臨床醫學最常用的治療手段。在病人輸液過程中，往往由于病人體質虛弱、昏迷、入睡或者醫護人員正在別處忙碌等而無法留意輸液全過程，因此需要專人監護，不僅加重了護理人員的勞動負擔，也不利于病區的綜合管理[1,2]。輸液完畢后，若不及時處理，病人的血液就會因空管而倒流入輸液針管內，時間稍長會使扎針處嚴重腫脹；若處理過早，即藥液還未輸盡就取管摘瓶又會造成藥液的浪費，因此，常引發病人的不滿以至投訴[3]。本系統是一款便利且輕巧的點滴速度報警器，不僅可以減輕醫護人員的工作負擔，還可給病人營造出更加安心舒適的就醫環境，減輕病人的心理負擔，減少醫患之間的矛盾。

1 工作原理

1.1 系統原理

本文設計的輸液系統根據光電感應原理制成。當光線變化時，會使阻擋發射部分和接收部分的電信號瞬間變化，這種變化可將光信號轉換為電信號，供相關電路檢測。由于本款產品具有設計小巧、價格低廉等優點，可廣泛應用于各種門診、社區服務中心等。相較于傳統高精度、昂貴的點滴監控設備，該產品可面向更廣大的受眾群體 ，便于更多患者使用。系統架構如圖1所示。

1.1.1 單片機最小系統

單片機最小系統是指用最少的元件組成的可以工作的單片機系統。

本文單片機最小系統由電源接口，開關，時鐘電路，下載接口，復位電路和STC89C52單片機組成。

圖1 系統架構圖

STC89C52RC是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8 kB系統可編程FLASH存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核，并做了較多改進使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能[4,5]。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和系統可編程FLASH，使得STC89C52可為眾多嵌入式控制應用系統提供靈活、有效的解決方案[6,7]。

1.1.2 液滴檢測基于紅外對射傳感器

紅外對射式傳感器功能齊全，靈敏度高，體積小，有效距離長，抗震性能好，不易受干擾，低功耗，響應時間快，使用壽命長，液滴檢測穩定且成本低，完全符合高精度醫療設備的需求[8]。通過測量計算兩點滴下落的間隔就可確定滴速。

紅外對射傳感器使用紅外線發射管持續供電，當接收管被遮擋時，輸出高電平，反之則輸出低電平。

1.2 檢測流程

1.2.1 液滴檢測流程

本設計中的滴速計算可防止由滴速引起的患者輸液不適。通過控制電機來控制液瓶的高低以調節滴速。超速時可報警。其中外圍數據處理與顯示模塊由軟件程序完成，具體流程如圖2所示。

圖2 液滴檢測流程圖

1.2.2 速度檢測子程序

本系統采用紅外對管用于信號發射接收，當檢測到液滴時信號發生變化，產生相應的脈沖，通過記錄兩次液滴的信號變化，借助程序運算即可得出液滴滴速[9,10]，檢測子程序框圖如圖3所示。

圖3 檢測子程序框圖

1.2.3 電機控制子程序

電機運動根據系統狀態設定。若在設定范圍內，則不會有動作；若小于設定值，則進入正轉程序，反之進入反轉程序。電機控制程序如圖4所示。

圖4 電機控制程序框圖

1.2.4 鍵盤程序

本系統設計有復位鍵，首先程序會檢測有無按鍵輸入，若無則單片機無動作，若有則進行其他程序動作。同時根據需要拓展了“加”“減”和“報警”功能，通過“加”“減”按鍵來設定滴速大小[11,12]。報警設計為主動和自動兩種形式：當有人按報警鍵時，可以自動報警；若無人按鍵，當觸發報警程序時，10 s內若無人處理則會自動報警。報警結束后停止滴液，以保證病人安全。

2 本設計具有的功能

2.1 測速控制

系統可通過1 s內所獲得的脈沖數來檢測滴液速度，并將其顯示在顯示屏上。若需要更精準地測量滴液速度，則可通過用戶按鍵的方式自定義獲得脈沖時間，當無點滴落下時可自動阻斷進程。

2.2 點滴計數

系統可記錄液滴的滴數，并將其顯示在顯示屏上。點滴每滴落一次，信號處理電路中的紅色發光二極管便隨之閃爍一次，檢測原理如圖5所示。

圖5 點滴檢測原理圖

2.3 回血檢測

紅外對管用于發射接收。由于血液的顏色比較深，遮擋紅外光線后，可檢測到信號，從而進行中斷報警[10]。

2.4 數碼顯示

數碼顯示采用數碼管，在滿足顯示方案數據的條件下，數碼管不僅編程簡單 ，還具有低能耗、低損耗和壽命長等特征，對環境的要求較低。

系統包含兩個顯示界面。其中一個顯示界面主要與點滴速度有關，界面顯示的內容主要包括點滴速度（單位為P/min），另一個界面可供用戶自主設置系統最低限和最高限。

2.5 蜂鳴報警

以蜂鳴器鳴響和報警指示電路中的紅色發光二極管是否發光作為報警提示，在輸液結束后提醒醫護人員和患者及其家屬。此外，如果和無線模塊連接，無線模塊也具有報警功能。

2.6 按鍵輸入

用戶可通過硬件設備上的按鍵設置測量每分鐘點滴的最高限和最低限。

3 系統測試

制作完成后進行測試，檢查是否符合要求。具體包括硬件測試與軟件測試。智能輸液器實物如圖6所示。

3.1 硬件測試

硬件測試依次為傳感器及數據采集部分測試、通信電路測試、電機運行測試等，通過調整時間與點滴速度來控制精度。

圖6 智能輸液器實物圖

3.2 軟件測試

軟件測試是一個自下而上、逐步集成的過程，本系統采用自下而上的測試方法。

3.3 點滴報警系統測試結果

改變主機鍵盤輸液速度的設定值，以測試系統的調節效果和響應速度，發現兩者均正常，基本可以自動完成調節，且誤差范圍在0～5%之間，測試結果見表1所列。

表1 點滴報警系統測試結果

4 結 語

本文系統由單片機及電機鍵盤等組成，主要功能有：可設置及顯示滴液速度，自行設置滴速；當輸液速度不在設定范圍內時，自動報警并調節；當輸液過程中出現特殊情況時可自行報警；當輸液結束或出現緊急情況時可及時提醒護士，無需護士每時每刻親自監測患者的輸液情況。本系統操作簡潔、便利，減輕了醫護人員的勞動強度，減少了病患家屬的陪護，有利于提高醫護質量，進一步提高了醫院服務系統的智能化水平，是一種可以針對多個床位進行獨立監測的智能輸液監控系統，在現代醫療事業中具有較大的實用價值，推動了智能醫療事業自動化的發展，且對于設備結構的分析和電子設計的研究具有重要的現實意義。

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