基于單片機的輸液監測系統設計與實現

李意如，姚茂明，韓雅琪，潘 濤，孔菲蝶，崔忠偉

（貴州師范學院 數學與大數據學院，貴州 貴陽 550018）

0 引 言

隨著人們對健康要求的不斷提高，醫療行業和醫療設備越來越受到人們的重視?？紤]到傳統輸液方式會對部分患者造成不同的傷害，影響他們的身心健康，因此，輸液監測系統就成為了當今以及未來醫療發展的必需品。

西方國家對輸液監測裝置的研究比較早，例如日本、美國等國家使用輸液泵實現控制、警報等功能，但是國內對輸液監測裝置的研究相對較晚，而且由于價格昂貴、技術不成熟，只有少部分醫院使用。近年來，物聯網行業不斷發展，輸液監測系統的研究也逐漸成為了重點[1-3]。

基于此，文中設計了一種基于單片機的輸液監測系統。經實驗驗證，本文系統運行穩定，具有一定的推廣價值。

1 系統結構設計

系統結構由檢測模塊、報警模塊、顯示模塊、加熱模塊、控制模塊組成。

本系統使用STM32微處理器作為主控芯片，其工作流程是由檢測模塊檢測點滴的速度，并在顯示屏上呈現；通過按鍵設置點滴速度，當點滴速度過快或者過慢時，通過控制模塊來控制滴瓶的高度，從而調整點滴的速度；通過檢測模塊檢測滴瓶內有無液體，無液體時，蜂鳴器發出警報通知醫護人員；可以手動打開加熱模塊，對液體進行加熱[4-5]。

系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構

2 系統硬件

2.1 加熱電路

加熱電路主要由繼電器、加熱絲以及PNP型三極管搭建，當單片機I/O口為低電平時，三極管導通，打開繼電器控制加熱絲電路加熱；當單片機I/O口為高電平時保持原狀。加熱電路如圖2所示。

圖2 加熱電路

2.2 報警電路

電路采用PN5138三極管。PN5138三極管為PNP型三極管，當基極為低電平時，PNP三極管導通，蜂鳴器啟動；當基極為高電平時基極和發射極均未導通。蜂鳴器電路如圖3所示。

圖3 蜂鳴器電路

2.3 步進電機電路

單片機產生的脈沖經過驅動電路變換、放大后輸入步進電機。該電路使用ULN2003芯片進行控制，通過單片機I/O口輸出脈沖來決定其轉動方式，從而實現滴速的控制。步進電機電路如圖4所示。

圖4 步進電機電路

2.4 其他電路

時鐘電路：時鐘電路作為控制單元的“心臟”，在系統中具有舉足輕重的作用，在本系統中，由于內部無時鐘振蕩電路，因此需外接時鐘振蕩電路。

復位電路：當系統死機或程序跑飛時，復位電路可以使系統軟件恢復正常。

電源電路：本系統選用12 V電壓供電的加熱片，采用雙電壓供電模式。

按鍵電路：按鍵的接入方式有兩種，即獨立按鍵和矩陣按鍵。本系統只需要設置報警距離值，以及實現按鍵加減功能，所以本系統選擇獨立按鍵接入方式。

液面檢測電路：本系統使用液位傳感器來檢測滴瓶內液體的有無。

液晶顯示電路：本系統采用液晶顯示屏顯示輸液系統相關信息。

3 系統軟件

3.1 系統主程序

在主程序中進行系統初始化，主要包含對本程序用到的變量進行初始化，以及對顯示屏的初始化。用2個獨立按鍵實現步進電機的正反轉，通過步進電機的正反轉控制滴瓶的升高和降低，并在顯示屏上顯示滴瓶的狀態，從而控制液體滴落的速度。當檢測到無藥液滴下時，蜂鳴器發出警報，提醒醫護人員。當加熱開關打開時系統對液體進行加熱[6-8]。系統流程如圖5所示。

圖5 系統流程

3.2 系統子程序

系統初始化主要包括對本設計中用到的變量進行初始化，并賦初值，例如引腳的定制，頭文件的調用編譯等，以及對顯示屏進行相關操作。本設計還用到了定時器計數功能，因此還需對定時器進行初始化，例如對定時器或寄存器進行定義等[9]。

4 系統測試分析

4.1 滴速控制

查閱資料可知，成年人的液滴速度為40～60滴/min，如果液滴的速度過快或過慢，病人會感到不適[10]。通過按鍵控制步進電機的轉動來控制液滴速度，當滴速過慢時，按下按鍵“1”，電機正轉，將吊瓶拉高，使得滴速加快；當滴速過快時，按下按鍵“2”，電機反轉將吊瓶放低，使得滴速減慢。按鍵狀態與液滴速度關系見表1所列。

表1 按鍵狀態與液滴速度關系

4.2 報警測試

通過液位傳感器來檢測滴瓶內有無液體。當檢測到滴瓶無液體時蜂鳴器發出警報。

5 結 語

基于單片機的輸液監測系統可以實現自動調節藥流速度，并在液晶顯示屏上顯示相關信息的目的，有效降低了醫療事故幾率，提高了醫護效率。

本次設計性價比高，應用范圍廣，實現了輸液的智能化，減少了醫護人員的工作量。