點滴監控系統的設計

李靜 梁國政

（1.山西大同大學 山西省大同市 037009 2.北京信息科技大學 北京市 100101）

1 引言

目前關于點滴監控的方法有多種，比如：通電測量、測質量、紅外光檢測、超聲波測量[1]和液滴數目測量等等，但是都有諸多的不足和弊端。本設計是采用對射式探測器來測量藥液的流速，以51 單片機為核心的一個點滴監控系統。監控系統包含主機和從機，主機控制從機以及顯示液滴流速和液滴流速鍵盤，從機通過電路檢測液滴的流速以及對步進電機的控制，這樣就給外界傳達出不同的信息。

本設計使用“從站—主站”的方法來實現點滴監控系統報警。在實際應用中有很大的價值。本設計預期成果將會非常大地減少醫務人員的工作量，并且能夠為患者減輕不必要的擔心與憂患。與此同時，也推動了醫學現代化、信息化的發展，促進了臨床醫學的進步。

2 系統的硬件設計

2.1 系統框圖

整個系統是以51 單片機為核心的監控系統，有主站和從站兩個部分。從站主要的組成部分是：點滴信號的采集、信號的A/D轉換、聲光報警、外圍電路和通信模塊等；主站主要的組成部分是：鍵盤電路、數碼管的顯示、通信模塊。如圖1所示為硬件的框架。

圖1：系統框圖

2.2 從站系統

本設計的主控單位采用的是51 單片機，在眾多的微型計算機中單片機是其中一種最特別的類別。它主要結構組成的五個部分分別是CPU、存儲器、I/O 接口、I/O 設備和總線[2]。在從站的點滴檢測單元，采用的是對射式紅外傳感器，其基本結構包括發射端和接收端等。傳感器將這些測量的物理量用一定的方法轉換成電流或電壓信號[3]，便于記載和傳導。如圖2所示為液滴檢測單元電路。

圖2：液滴檢測電路

在藥液滴落時，對射式探測器發射端到接收端的光線傳輸被阻斷，觸發其產生小電流，最后通過R2把該電流轉換成電壓，經過R1后將它送到處理單元去解決。

對于報警電路來說，系統可以實現聲和光的同時報警，它所選取的器械是屬于從站模塊的，在接收到信號時從站的處理單元會迅速做出相應的回應聲光報警，與此同時主站也會接收到響應。如圖3所示，分別是實現兩種報警單元的電路。

圖3：報警電路

步進電機單元的組成包括步進電機和電路部分。其作用是進行回血檢測并產生相應動作，如果接收到回血信號，步進電機將旋轉一定的角度夾住管道不讓血回流到管內。驅動電路如圖4所示。

圖4：驅動電路

2.3 主站系統

在主站的鍵盤單元中，不管選取的硬件材料是哪一種，常見問題是抖動和重建[4]。關于抖動的問題，本設計采取成本較低的軟件法，關于重建的問題，本設計采用連鎖法，即在所有開關斷開的狀態下，只承認或者說識別第一個被按下的按鍵，對其他的按鍵不予理會，除非所有開關再次斷開接著識別下一個。

在數碼管顯示模塊中，單片機的數碼顯示管經常使用七段顯示管，它使用了八個發光二極管，其中七個組成七個筆畫另一個控制小數點[5]。

3 系統的軟件設計

點滴監控系統的從站主要是單片機，而單片機是利用軟件來進行各個系統的控制的，控制功能的實現取決于軟件。從站的監控程序主要由許多個子程序和一個主程序構成，軟件的核心就是主程序模塊，子程序服務于主程序的同時能夠互相合作式的進行完成整個設計所需要的工作，對其軟件設計的部分主要包括液滴檢測和報警單元兩個部分。主站的軟件設計主要在于輸入鍵盤和數碼管兩個部分。如圖5 為軟件設計的流程圖。

圖5：軟件設計流程圖

4 實驗結果

4.1 系統仿真實驗

經過硬件方面和軟件方面的設計，最后通過仿真軟件對本設計進行了實際效果的預演，如圖6所示為正常情況下顯示液滴的流速（流速的上下限分別為80 和20）。

圖6：正常工作仿真實驗

如圖7所示，當液滴的速度超過我們所設置的上下限范圍時，燈亮，實現報警。

圖7：滴速超限時仿真實驗

當藥液不再下滴的時候如圖8所示，從仿真結果可以看出，燈亮，實現報警。同時，電機轉動了一定角度。

圖8：流速為零時仿真實驗

最后進行回血情況仿真，如圖9所示，可以看到，回血按鈕按下的同時，電機轉動，并發出了聲光報警信號。

圖9：回血情況下仿真實驗

4.2 系統實物實驗

經過仿真測試對本次設計的可行性驗證后，按設計電路圖選擇元器件并進行了焊接，之后為焊接后的實物測試實驗，能夠正常工作，且能夠實現仿真電路中所實驗的全部功能。

5 總結

如今醫學行業的發展健步如飛，當然就需要所相對應的醫療設備與服務。在當前的醫院里靜脈注射司空見慣，許多輸液器材也都被搬進病房被廣泛使用。本設計就為實現這一目標，原理是根據液滴的光學知識，用紅外光線傳感器對液滴實現計數和測速，經過本設計的研究和探討說明還是可以實現的。筆者能力有限，對此設計僅僅源于生活所想，這個設計可能并不完美，還需增加更多遠程控制的功能，從而在保證輸液安全的同時也提高醫務效率，還要改正一些功能的些許繁瑣。這就需要更多的人來研究和探討才能實現產品的價值。