用单片机实现的液体点滴速度监控装置

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

用单片机实现的液体点滴速度监控装置

作者：杨 晓

来源：《电子世界》2004年第02期

目前医院使用的点滴输液装置是将液体容器挂在一定高度上，利用势差将液体输入到病人的体内，通过软管夹对胶管口径的压紧和放松来控制滴速。有经验的医护人员可以根据药剂的特性对滴速进行控制，而一般的病人却无法做到，做的不好会有一定的危险性。因此对于可进行自助式护理的病人来说，需要一种可以由病人自己操作，自动定时、定量向病人进行输液的智能型液体点滴速度监控装置，本文对该装置的研制做一阐述。

系统功能及构成 根据设计要求，系统应该具备以下功能：（1）根据要求设定滴数（20～200滴/分）、输液总量等参数，并用LED显示；（2）可随时改变原设定参数，并可以在运行时随时暂停输液；（3）自动检测滴速，在输液异常或输液结束时，自动停止输液并声光提示；（4）预留扩展接口，联网备用。

根据功能要求，系统应由主控制器、键盘/显示、滴速检测、滴速控制、液体余量检测、声光报警、扩展接口（其它设备）等组成。系统构成见图1。

主控制器及键盘/显示 主控制器采用AT89C52，其突出的特点是性价比高。键盘/显示部分采用HD7279A，带动16个键盘及6位LED显示。图2为其原理图。

HD7279A是一片具有串行接口、可同时驱动8位共阴式数码管（或64只独立LED）的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可以连接多达64键的键盘矩阵，单片即可完成LED显示、键盘接口的全部功能。

HD7279A内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有2种译码方式。此外，还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。

滴速检测 滴速检测是整个系统的核心，检测精度是衡量系统精确性的一个最重要指标。这样就不会因为滴速异常而使患者面临危险。出于安全性考虑，在检测滴速时不能使原胶管破损，否则就会对输液造成严重感染而影响患者，因此在检测滴速时要用非接触的方式。这里采用光学方法，检测原理见图3。

根据光学折射原理，光线在穿透密度不同的介质时，在交界面将产生反射与折射。将滴管放置在检测用槽形光耦的中间，在检测过程中，液滴呈近椭圆状向下作加速运动并通过槽型光耦，由于液滴的表面是曲面，所以上半部与下半部将光线两次折射，使接收端接收不到光而产生2次高电平，仅在液滴中部光线可以直射穿过，使接收端输出低电平，从而实现计数功能。为了增加单位时间内的计数脉冲从而提高计数精度，采用了上下两个光耦共同工作的方式（图4），然后将信号相“或”（图5），这样每个液滴就得到了4个高电平脉冲。利用示波器观测波

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

形如图6。Vdrop=pulse×60/45=pulse×3。可见，此时的滴速检测最小分辨率为3。若要提高分辨率，需要增加检测光耦或增大采样周期。二者是相互制约的，前者受空间结构的限制不能很多，后者会降低系统的精度和控制灵敏度。

滴速控制 通过键盘设置了滴速后，系统会将滴速调整到设定值。这里采用减速电机带动螺旋压紧机构完成此功能。之所以采用螺旋压紧结构，是因为在有效调整胶管截面控制流量时，极小的截面变化就会引起滴速的较大变化。采用螺旋压紧结构，螺距0.3mm，在转动较大的角度时滴速的变化也不是很大，从而使调整精度大大提高。

为了让输液安全可靠，并从简化硬件电路的角度出发，减速电机的运行直接由单片机驱动达林顿管控制，实现放松和压紧。

余量报警 在输液快要结束时，必须将药液截断，防止空气输入到患者体内造成危险。余量报警装置就是为完成这一功能而设计的。同样，为了防止外界影响药液，仍然必须采取非接触的方法。设计中巧妙地采用了弹簧秤原理，即在弹簧下面吊挂输液瓶（袋），弹簧体上挂挡片，根据胡克定律y=kx，当输液快要结束时，弹簧缩短，挡片触及微动开关使单片机响应中断，进行声光报警和截断药液（图7）。微动开关可以上下移动，以适应不同输液容器的余量。

软件流程 软件流程图见图8。在本刊 网站上给出了源程序，供读者参考。

智能型液体点滴速度监控装置通过单片机驱动减速电机带动螺旋压紧机构控制药液的滴速，滴注速度均匀，输液精度、自动化程度高。本设计已达到医院及家庭临床上使用的要求，并且已在临床上得到了应用。