液体点滴速度监控系统的设计 - 图文

第一章 绪论

1.1课题背景

输液(俗称打点滴)是临床医学上最常用的治疗手段。在病人输液的过程中，往往由于病人体质虚弱、昏迷、入睡或者医护人员正在别处忙碌等而无法留意到输液全过程，从而需要专人监护，加重了护理人员的劳动负担，也不利于病区的综合管理当输液完毕，若处理不及时，病人的血液就会因空管而倒流人输液针管内，时间稍长会使扎针处严重肿胀。若处理过早，即药液还未完全输尽就摘瓶取管则又会造成药液的浪费等等。因此常引发病人的不满以至投诉，使医护人员非常无奈。本课题就是针对上述情况，通过声光报警监控的方法实现医院输液情况的实时监测，并通过单片机与数码管来实现输液数据的实时显示和存储，以及在特殊情况下的报警。本课题对实现医院现代化、信息化有巨大的推动作用。

1.2课题研究的目的和意义

在输液远程监控系统中，信号提取是医疗监控系统工作的首要前提。医疗输液信号自动检测和传输也是信号提取的过程，医疗工作人员常常需要检测和控制液体的储量或液位，如人工肾机的透析储液罐中液储量、自动洗胃机中冲洗液的液量、中医使用的药浴机中煎药锅中的水位、静脉输液液体量检测等等。如果对仪器中液体储量疏于监测，在液体储量失控情况下或者在可能会给患者带来伤害甚至危机其生命。通过对这些液体储量的监测，医护人员便可以随时了解液体余量，并能在液体缺少时及时自动和人工补充或者采取其他措施，维护医疗设备的安全运行。因此，如何更好地对医疗液位进行监测，一直是医学工程人员考虑较多的课题之一。而在临床医学中，常采用静脉穿刺的办法将药液直接经静脉注入体内，这种输液方式称为静脉输液。但长期以来没有经济有效的自动监控装置，对已输液量或剩余液量等的监控，从而需要专人监护，加重了护理人员的劳动负担，也不利于病区的综合管理。为此我们设计利用检测输液滴数的输液监控系统，该系统自动监控输液点滴数，通过主站对从站的输液情况进行巡回检测和显示。当剩余量低于设定下限值、输液速度过高或过低时，发出声光报警，提醒护理人员及时加以处理。

本系统由主站、从站和主从站数据线路组成，主站主要是实现输液数据远程监控、显示、存储和特殊情况下的报警。从站主要是实现输液情况的实时监控。由于不需要长距离传输信号，所以主从站数据传输线路采用通信线路简单的TTL串行通信。

1.3 输液报警监控系统的方法

目前国内外常见的输液报警监控技术主要是对输液完成信息的提取，它概括起来共有5种方法:

①电极法 它是从输液瓶口插入2根电极，利用药物的导电特性来检验瓶内药物是否用完。毫无疑问，该技术具有较低的成本，但存在着安全隐患—药物特性是否会因通电而受到影响，还有电极的消毒问题。

②测重法 它是利用弹簧秤或压力传感器或电磁感应开关(干簧管)根据药物重量变化来判断药液输完与否，方法虽然简便，但其可靠性和适应性(对袋装及塑料瓶装液体不宜)无疑受到质疑。

③液面检测法 通过固定在输液瓶或输液管上的光电传感器(有采用半导体激光的，也有采用红外光的)利用液面下降到预定位置时对光的反射或折射情况的变化来判断药物输完与否。其中检测瓶内液面的，同样可靠性及适应性受到质疑，而且采用激光光源的还将带来一个高成本问题。

④超声回波检测法 它是通过脉冲信号激励超声波发生器发出超声波，当超声到达输液瓶中液面后被液面反射回到超声波接收器，通过检测超声波从发射到接收需的时间，再根据超声波在介质中传播的速度及仪器安装高度，即可得出输液瓶中度。具有非接触的特点，且性能可靠、安全性好，具有实用价值，但是由于超声波探头价格昂贵及安装操作复杂，也阻碍了超声回波技术在静脉输液检测中的应用。

⑤液滴计数法 它是根据临床医学的有关知识，一定量(以毫升为计量单位)的药液其输液量与药滴数有关，一般来说从莫非管式滴管滴落的每一滴为1/20毫升，或者是每20滴液滴总计一毫升。因此只要能检测液滴滴数，即可检测到药液的输入量。这种技术由于操作方便、价格便宜，且可靠性，实用性好它已经得到了大量的使用。

1.4 本课题采用的输液报警监控内容方法简介

本课题研究的液体点滴速度监控系统采用对射式红外光电传感器，它具有非接触性测量，响应速度快，受环境影响小，测量精度高等优点。它是一种可以利用其对物体表面黑度的敏感特性，应用于测量微小的位移。从光源红外发射管发射出的一定强度的光束到达测量面后，根据物体表面的不同黑度和表面光洁度，部分光散射和反射到红外敏感接收管转变成为和接收管接收到的光强成正比的电信号。对射式光电传感器分为投光器和受光器两部分．两者光轴重合在同一直线上。工作时，投光器发出调制光，被受光器接收，变为电信号。当被测体进入检测区时，光被遮挡，受光器无光可受．传感器输出状态改变。输出脉冲再通

过脉冲整形和A/D转换变为高低电平，最后输入到单片机的外部中断0中去。单片机根据高低电平的变化来判断液滴的有无和对液滴的计数;每一个水滴产生一个这样的不规则的负向脉冲，脉冲数目与水滴数目一一对应。

1.5本文的结构

本文共分为六章：

第一章绪论部分介绍输液监控系统在国内外的研究状况，以及本课题的意义和主要工作内容。

第二章介绍输液监控系统的总体设计方案，分析了系统需求，并对各部分方案进行了详细的论证比较，最终确立了各部分方案。

第三章对主站和从站当中的硬件部分进行了设计，分别给出了主站和从站的系统框图、核心部分电路以及通信接口部分硬件电路。

第四章对主站和从站的软件部分进行了设计，首先给出主站和从站软件的总体设计，然后对各模块软件部分分别进行设计。

第二章 输液监控系统的总体方案

2.1 输液监控系统的设计依据和目的

普通输液是医院常见的一种将药液容器(瓶/袋)中的液体药物，通过输液器

(管路)，在大气压作用下，向患者静脉输入药剂的治疗方法。

在病人输液过程中通常会有几种异常情况发生:(l)液体中有气泡;(2)针头堵塞;(3)管路堵塞;(4)液体已输完未被发现。由于输液时间较长，护士不可能长间守在患者身边，因此上述几种情况会给病人带来烦恼和伤害，使护理质量下降，造 成医疗纠纷。通常药液中的气泡，在正常输液前已被护士排除，因而可暂不予考虑;病区内多个病人在同时输液，输液器分布状况，是医护人员所关心的。人在输液过程中由于肢体移动或其它原因造成输液中断时，如何及时“准确得到报警信息，也是医护人员所关心的;病人输液结束，残液状况报警也是医护人员关心的;在利用中心静脉进行输液时，由于中心静脉压为负压，输液管路中药液尽时，空气极有可能进入右心造成栓塞，是医护人员所关心的。

对于上述问题的解决，国内外许多医护人员、工程技术人员想了不少办法。主要的思路基本是围绕着如何报警来进行。在实际医院护理工作中，护理人员工作十分繁忙，尤其是在中小医院，护理人员少，而病区接受输液的病人往往较多。当输液出现异常情况时，即便是床边输液报警器发出了报警信号，护理人员也经常会听不到，或听到却来不及处理。

本设计研究的输液报警系统就是针对以上问题的。在信号的获取部分，采取输液时药液下滴与没有药滴下滴时，通过对脉冲的变化，来得到液体点滴的信号。在对信号的处理部分，由于液滴并不是规则的矩形，所以，由光敏二极管所得的脉冲也不是规则的矩形波，而是不规则的图形，而单片机程序只识别数字信号，所以，我们必须把模拟的原始信号通过转换电路转换成为数字信号。报警部分的工作是建立在单片机工作的基础上的，在医院单片机输出低电平。由于蜂鸣器的一端与电源相连而导通，蜂鸣器进入工作状态开始鸣叫，提醒护士液滴已输完或异常输液发生。

本系统采用“单片机从站 单片机主站”方案实现了输液自动报警功能

和上下位机的通信。它在临床上具有很大的应用价值。本系统的研制成功将大大降低了医务人员的工作量，减轻了病人的负担。促进医院信息化、网络化、自动化、智能化的发展，方便了医院的日常管理工作。

本设计所设计的输液报警监控系统，是利用了当前市场上价格便宜的MCS-51单片机和光电传感器，它针对性强、使用方便、操作简单、成本低廉、