1、 基于单片机的智能输液系统设计 院 系：机电与自动化学院 专 业 班：电气工程及其自动化 1004 班 姓 名：张翰墨 学 号： 20101131168 指导教师：吴 雯 2014 年 5 月基于单片机的智能输液系统设计 Design of Control System for Liquid-dropping Based on Single Chip Microcomputer I 摘 要 随着 智能化控制的不断发展，自动化临床设备的研究已成为医疗器械的一个重点 .其可以减轻工作人员的压力，提高医护人员的工作效率。 静脉输液是一种常见的临床治疗方法，通过在静脉输入起到治疗的作用， 本课题是研究
2、智能输液系统的设计方法，本方案是基于 AT89S51控制的。这个系统操作简洁、上手较快、具有报警功能并且方便集中控制，在现代医疗事业具有较大意义，推动了自动化的智能医疗事业的发展 , 有利于提高医护质量。 本课题的主要功能有：实现了利用 电路采集液滴速度，可设置液滴速度并且进行比较，可显示液滴滴速和剩余输液时间；可自行设置 液滴滴速；在 输液剩余液量低于设定值，自动报警，或者输液过程出现特殊情况也可报警。补充了这个方向的输液系统的部分研究空白，对于设备结构的分析和其电子设计的研究具有重要意义；通过理论分析，很好的分析了整个输液系统的理论与实践基础。本课题的研究成果为输液系统的研究提供了丰富的信
3、息。 关键词 ： 51单片机 医院输液系统 输液监控 II Abstract With the continuous development of intelligent control, clinical research automation equipment has become a focus of medical devices. It can reduce the pressure of staff, improve the working efficiency of medical staffs. Intravenous infusion is a common clinica
4、l treatment， the treatment effect in the vein of the input,this topic is the design method of the intelligent infusion system, the scheme is based on AT89S51 control. This system operation is simple, started fast, has an alarm function and convenient centralized control, is of great significance in
5、modern medical enterprise， promote the development of intelligent medical business automation， is conducive to improving the quality of medical care. The main function of this subject: the circuit for collecting the droplet velocity，droplet velocity can be set and compared, can display the drop spee
6、d and the rest of the infusion time; can set up their own drop speed; in the infusion of remaining liquid volume is lower than the set value, the automatic alarm, or infusion process there are special circumstances can also alarm. Part of the research blank infusion system added to the direction, ha
7、ve important significance for analyzing the structure of the equipment and electronic design research; through theoretical analysis, a very good analysis of the theory and practice basis of the infusion system. The results of research on this to picprovides abundant information for the study of tran
8、sfusion system. Key words: 51MCU hospital infusion system transfusion monitoring III 目 录 摘要 . 错误 !未定义书签。 Abstract . 错误 !未定义书签。 绪论 . 1 1 课题的背景和意义 . 2 1.1 医疗输液监控系统设计背景 . 2 1.2 医疗输液监控系统设计意义 . 2 1.3 系统设计 的 关键问题 . 3 2 系统方案设计与论证 . 4 2.1 系统硬件结构设计方案 . 4 2.2 点滴速度测量电路方案 . 4 2.3 液面检测电路方案选择 . 5 2.4 电机控制滴速电路 . 6
9、 2.5 显示器接口电路方案 . 6 2.6 键盘接口电路方案 . 7 2.7 单片机型号的选择与论证 . 7 3 输液系统各模块硬件设计 . 11 3.1 控制电机模块设计 . 11 3.2 数据采集模块 . 12 3.3 电源模块 . 16 3.4 声报警模块 . 16 3.5 复位电路 . 17 3.6 显示模块 . 17 3.7 键控模块 . 18 4 系统软件及框图设计 . 20 IV 4.1 滴速检测子程序 . 20 4.2 电机控制子程序 . 21 4.3 键盘程序 . 22 结论 . 24 致谢 . 25 参考文献 . 错误 !未定义书签。 附录一总体设计原理图 . 27 1
10、绪 论 随着科技的进步，越来越多的地方需要用到对液体的流量或者滴速进行控制，如人工肾机的透析液储液罐中透析液储量、自动洗胃机中冲洗液的液量、中药使用的药浴机中煎药锅中的水位等，医疗保健领域中药液的输液量与输 液速度需要精确的控制以达到更好治疗效果。根据我国各地卫生厅的标准不同输液系统的滴速设定也不尽相同，湖北省卫生厅的护理技术操作规范规定：成人静脉输液滴速 4060滴 /min，儿童及老年人 20 40滴 /min；高于此标准 10滴 /min为过快；低于此标准 10滴 /min为过慢。而辽宁省卫生厅规定以滴速 40-60滴 /min为标准，高于 70滴/min为过快，低于 30 滴 /min
11、为过慢，基于此我们可以看出静脉输液作为一种常见的临床治疗方法，通过向静脉输入药液起到治疗的作用，滴速控制尤为重要，并且新药品越来越多，在治疗疾 病的过程中，采用静点输液治疗方法已越来越普遍。然而，在输液过程中，不同药液，不同年龄患者均有其不同的最佳滴速要求。滴速过快、过慢均会影响疗效甚至给患者带来不适；此外在输液过程中，当输液完成需要换药液时，需要医务人员发现不及就会出现空气进入血管内形成空气栓塞，凝血堵塞针头等情况，轻则延误治疗，重则会危及病人生命安全，发生事故，还有当病人单独输液时，有可能睡着或者忘记观察剩余药液量引起血液外流等事故。综上可以看出输液监护控制系统在未来医疗中的重要地位和作用
12、。 2 1 课题的背景和意义 1.1 医疗输液监控系统设计背景 随着智能化控制的不断发展，自动化临床设备的研究已成为医疗器械的一个重点 .其可以减轻工作人员的压力，提高医护人员的工作效率。 静脉输液是一种常见的临床治疗方法，通过在静脉输入起到治疗的作用，所以其滴速的控制很重要，随着新药品研发的越来越多，采用静点输液治疗方法在治疗疾病的过程中已变得很普遍了。然而，在输液过程中，对于不同药液，不同年龄患者均有其不同的最佳滴速要求。其滴速过快或者过慢均会影响治疗效果；在输液过程中，若需要换输液，若发现不及就会出现空 气进入血管内就会危及病人生命安全，还有当病人单独输液时，由于睡着或者忘记观察药液量导
13、致血液外流等事故。以上就体现出输液监控的重要地位和作用。 本课题就是针对以上问题进行设计研究， 对提高医疗事业的发展 起到很大的作用 。 利用科技去提高整个医疗事业，是造福整个人民的好事情，对于此我们应努力的去改善。 1.2 输液监控系统设计的背景 本设计所针对的医疗产品在国内只有一些大型医院引进。在国内输液装置的研究相对起步较晚，在市场上也存在一定国产输液装置。但是总体来说，国内的自动输液系统需要很长的路要走。并且国内的医疗设备技 术相对落后、种类方面也相对较少、性能与质量也参差不齐。而智能输液系统在国外的发达国家，如、日本、美国等研制的较早并且种类较多，其也基本实现了智能化，在医院输液监控
14、使用已经十分普遍。 医疗设施发展趋势在于单片机智能输液系统的发展，单片机的性价比优越，而以前的输液系统，其一单片机价格比较贵，且操作不容易实现，对滴速控制精度也低。现在的单片机可以进行多个系统的控制，减轻工作人员的压力，提高医护工作效率。在人为控制下可能对病人带来麻烦，以前的临床输液中有患者医护人员观察监视药液余量 ,此方法涉及的精力大且效率低，不利 于医疗的综合管理。而使用智能3 输液系统只要考虑周到，运行的时候就可以解决以上问题，因此，基于单片机的智能输液系统会在医疗中得到广泛应用。该课题研究具有应用价值，对于提高我国的医疗水平有深远影响。医疗的安全问题离不开科技，利用科技去提高医疗事业是
15、对医疗事业的一大促进。 1.3 系统设计需要解决的问题 （ 1） 如何准确监测药物剩余量。 （ 2） 如何提示护士应该换药。 （ 3） 怎么样控制滴速。 （ 4） 怎么样使整个系统稳定可靠。 4 2 系统方案设计与论证 2.1 系统硬件总体设计方案 本课题的输液系统分为以下部分：储液液面检测、滴速测量模块，点滴速度控制（电机系统控制）模块，键盘显示模块。结构图如下图 2-1 。 单 片 机A T 8 9 S 5 1点 滴 速 度 测 量 电 机 驱 动 电 路液 面 检 测键 盘 输 入电 机显 示电 源 报 警图 2-1 总体结构框图 2.2 点滴速度测量电路方案 速度测量在设计中占有极其重要的位置，它是本系统的基础，在进过分析思考后整理出以下几种方案： 方案一：采用反射式的红外光电传感器 将反射式红外传感器放置于输液器的漏斗一端，在液滴下落时，利用 红外线的反 射能力，接收端将检测到信号。但是有很多不稳定因素如水滴的表面不规则，收集到的反射信号弱，并且对于液滴下落时要和传感器的夹角要很精确， 方案二：采用槽式红外光电开关 采用槽式红外对射式光电开关，其功能齐全，体积小，具备交直流通用型，抗震性能好，液滴检测稳定，很适合精度要求高的医疗设备，此方案成本低。通过测量两点滴下落的间隔通过计算就可以确定滴速。 经考虑选用方案二。
