1、本 科 毕 业 设 计医院输液控制系统的设计所在学院 专业班级 电子与信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I摘要通过静脉输液治疗疾病是临床医学中诸多治疗手段中比较重要的一种，大多数治疗都会采用静脉输液来进行，然而根据病人不同的病情和人体本身体质上的差异以及药物的不同，需要的输液速率和剂量都因人而异。但目前在我国大多数医院及医疗机构临床输液中采取的应对措施都基本是人工操作的，由医务人员、患者或陪侍观察药液余量，再通过转动输液器上的手动滑轮来调节输液速度，这些都是一个大约值，对每一个护士来说都不能确保它的稳定性和安全性。而且也都没有实现自动监控管理，不仅给医护人员、病人带来
2、不便，甚至会影响病人的治疗效果，更不利于病区的综合管理和医疗水平的提升。本文介绍了基于 STC12C5A16S2 单片机的医院输液控制系统，用激光检测点滴速度、步进电机调节输液速度、MAX485 芯片进行主站和从站之间通信、液晶屏显示主从站信息等，详细说明了基于 STC12C5A16S2 单片机的医院输液控制系统设计中的关键软硬件技术，设计了该系统的接口电路和系统软件。使得护士站主机（主站）能同时监控上百个病床（从站） ，主站能定时巡检显示病床实时状况，当某个病床发生异常情况时，主站和该病床都能发出声光报警。病床从机和护士站主机间通讯距离可达 100 米以上，且具有很高的可靠性。这样，医护人员
3、在护士站主机就能监控所有的病床输液情况，且不管哪个病床发生异常，护士都能及时、准确的提供治疗和护理，减轻了护士的劳动强度，也提高了病人的安全和满意度。关键词：静脉输液；单片机；激光；监控；报警IIAbstractIntravenous infusion is an important clinical treatment, depending on the patients condition and physical differences require different infusion speed and discharge. But most hospitals and medic
4、al institutions, infusion in the clinical response is generally taken by the patient, escort, or medical personnel to monitor liquid cushion the situation observed at any time. Nurses turn the manually pulley on the infusion device to control the infusion rate. These are an imprecise value. Infusion
5、 did not achieve automatic monitoring and management. Not only cause inconvenience to patients and medical staff, and is not conducive to integrated management of the ward.This article describes the hospital infusion control system based on STC12C5A16S2 SCM. Using laser to detective the infusion rat
6、e, stepper motor to regulate the infusion rate, the communication between master and slave station by MAX485 chip, LCD screen displays the main and slave stations information, and so on. Detailed description of the key design of the system hardware and software technology, designed the systems inter
7、face circuit and system software. Nurses Station host can simultaneously control hundreds of beds, bed host to regular inspection shows real-time situation, when an abnormal situation occurs when the beds, the master and slave can happen in the bed alarm; beds from the host machine and the communica
8、tion between the nurse station distance of up to 500 meters, and has high reliability. Thereby, Nurses on duty at the nursing station master will be able to monitor all cases of hospital beds infusion, the infusion monitoring system exception occurs regardless of which hospital beds, nurses can prov
9、ide rapid, accurate, timely treatment and care, reduce labor intensity of the nurses, patients also increased job satisfaction for nurses.keywords: Intravenous infusion; SCM(Single Chip Micyoco) ; Laser; Monitor; AlarmIII目 录前言 .1第 1 章 系统方案设计 .21.1 主站要求 .21.2 从站要求 .21.3 主站、从站模块设计 .31.4 主站方案设计 .31.5 从
10、站方案设计 .4第 2 章 系统硬件设计 .62.1 控制芯片 .62.2 护士站主站电路设计 .72.2.1 电源电路 .72.2.2 显示电路 .82.2.3 按键电路 .92.2.4 通信电路 .102.2.5 报警电路 .112.3 病床监控从站电路设计 .112.3.1 显示电路 .112.3.2 按键电路 .122.3.3 通信和报警电路 .122.3.4 滴速检测电路 .122.3.5 电机驱动电路 .13第 3 章 系统软件设计 .153.1 主站程序设计 .153.1.1 主站程序流程 .153.1.2 12864 液晶操作 .193.1.3 按键操作 .223.1.4 MA
11、X485 芯片操作 .223.1.5 报警操作 .23IV3.2 从站程序设计 .233.2.1 从站程序流程 .233.2.2 12232F 液晶操作 .273.2.3 点滴速度检测 .303.2.4 点滴速度控制 .31第 4 章 测试性能 .33结论 .34致谢 .35参考文献 .36附录 1：主站电路图 .37附录 2：从站电路图 .38附录 3：主站 PCB.39附录 4：从站 PCB.40附录 5：实物图 .411前言目前，我国绝大部分医疗机构使用的一般都是人工监控点滴输液装置，将输液瓶挂在专门的输液架上，利用势能差产生的压强将药液通过静脉输入到病人体内，用软管夹的滚轮来控制点滴速
12、度，医护人员根据不同病人的病情、体质的差异以及药物的不同对输液速度进行控制，而这也只是凭经验和肉眼观察所得出的不精确的值。因此输液过程异常、输液速度发生异变或监控处理不及时而引发医疗事故的概率较高，例如：当输液完成需要换药液时，若不及时处理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，轻则影响治疗，重则会危及病人生命安全，造成医疗事故。医护人员的工作量大，劳动负担重。所以这种手工操作必须用自动化监控系统来代替。医院输液控制系统因此被设计成能自动监控输液速度，并可在 50120（滴/分）之间设定所需的任意输液速度。当输液过程异常，病床和护士站主机都会立即发出声光报警信号，以提醒医护人员
13、及时进行处理。医护人员无需再在病床间来回监控，在护士站主机便可看到各个病床的输液情况，通过护士站主机提供的功能键便可对各个病床的输液情况按所需进行调节。这套系统通过使用光电检测技术、单片机技术、通信技术等方便了病人和医护人员的及时联系，对提高医务质量起着极其重要的作用，同时也减少了医护人员的工作强度和失误，提高了治疗质量、病人的安全以及病人对医护人员及医院的满意度等，实现了医院护理自动化和智能化。本文将介绍基于 STC12C5A16S2 单片机的医院输液控制系统的设计，以便安装和维护该系统时的查询和操作。2第 1 章 系统方案设计本次设计要求设计一套用于医院病床的输液监控系统，它由一个护士站主
14、机和 128 个从站病房输液监控器两部分组成。考虑到目前医院里都有很多的病床，为了对每个病床进行监控，设计了如图 1.1 所示的病房输液监控系统框图：护士站主机病房输液监控器 1 病房输液监控器 2病房输液监控器 N图 1.1 病房输液监控系统框图根据上面的系统框图可以看出，多个病床监控器通过数据线连接到护士站主机，由护士站主机处理及控制从站（病床监控器）的数据交互。由一个主机站来监控多个从站，这样医护人员只要通过一个终端就可以方便有效及时的处理多个病床的信息，而不用再在各个病床之间来回巡视检查，可以提高医务人员的工作效率并降低无谓的体力劳动。1.1 主站要求主站主要负责接收并处理各个从站的信
15、息，通过显示模块显示给医护人员，让医护人员能实时监控各个病床的情况。主站具体要求如下：（1）主站能巡回显示各从站的编号、设定点滴速度和当前点滴速度。巡回时间（3-10秒）可由主站任意设定。（2）收到从站发来的报警信号后，主站能声光报警并显示相应的从站号，并可用手动方式解除报警状态。（3）从站直流电源由主站集中供给，主站和从站间的通信协议自定，但应尽可能得减少主站和从站间连接线数量，通信距离要求大于 30 米。（4）任一从站的输液点滴速度均可由主站设定。1.2 从站要求每一个从站都可以看作一个独立的终端，所要完成的工作都是相同的。即检测病床输液点滴的滴速及时的反馈给主站，同时可以通过判断滴速或者
16、按照主站的命令抑或人为的方式来自动调节滴速以及发出报警、解除报警等应急措施。从站具体要求如下：（1）具有站号和点滴速度等参数的输入设定功能，在显示器上能同时显示站号、设定3点滴速度和当前实际点滴速度。（2）在滴斗处检测点滴速度，并能动态显示点滴速度（滴/分） 。（3）自动控制点滴速度，点滴速度设定范围为 50 120（滴/分） ，控制误差范围为设定值10。（4）调整时间3min（从改变设定值起到点滴速度基本稳定，能人工读出数据为止） 。（5）输液结束（滴速为零） ，应在 3 秒内发出声光报警信号。1.3 主站、从站模块设计根据以上要求，设计主站和从站的基本模块如图 1.2 所示。护士站主机电源
17、显示按键通信病床监控从站显示按键滴速检测电机调速报警 报警图 1.2 主站、从站模块组成框图主站主要由 5 个部分组成：电源模块、显示模块、按键模块、通信模块、报警模块。从站主要由 6 个部分组成：显示模块、按键模块、通信模块、报警模块、滴速检测模块、电机调速模块。1.4 主站方案设计（1）从站的电源是由主站来供给的，所以将电源模块设计集成到主站设计的一部分。因为单片机、LCD、LED、蜂鸣器等元器件所需要的电压并不高，只有用来调节滴速的电机需要较高的电压，考虑电源的稳定性和持久性，选择通过变压器将 220V 的交流电转换为合适的直流电压之后再给整个系统供电。（2）主站的显示器上要巡回显示各从
18、站的编号、设定点滴速度和当前实际点滴速度，当从站有报警发生时，还要显示从站的报警信息，信息量较大，选择用 12864 液晶显示器来进行信息的显示。（3）主站的人机交互操作通过几个按键来实现控制，声光报警选择用蜂鸣器和 LED 来4实现。（4）主站和从站之间的通信，考虑到主站要和128个从站进行通信，而且要求主站和从站之间的连接线数量越少越好，选择使用高传输速率、低功耗的MAX485通信芯片来完成这一工作，而且由于该芯片具有四分之一单位负载的接收器输入阻抗，使得总线上最多可以有128个MAX485收发器。即可以通过让每个从站配备一块MAX485芯片，让主站通过寻址操作来确定与哪个从站通信，以此达
19、到主站监控多个从站的效果。1.5 从站方案设计（1）从站只需显示本站的编号，设定点滴速度和当前实际点滴速度即可，要显示信息的比较少，选择使用 12232F 液晶显示器来进行显示。（2）从站的按键、报警采用和主站一样的设计。（3）从站需要对点滴的滴速进行检测，而点滴滴速检测可利用液滴的折射特性 6来实现，利用此原理的检测方法有红外线对管 6、激光检测等。因为点滴测速很容易受外界的干扰，为了提高检测的可靠性和抗干扰性，选择采用比红外线稳定性更好的激光检测。检测的原理为：在滴斗处安装一个激光发射管和一个激光接收管，平时没有液滴低落时，激光接收管能接收到激光发射管发射的激光信号，而当液滴滴落时，激光被液滴所折射，偏离原先的轨道，激光接收管就不能收到激光发射管发射的激光信号，一次液滴滴落就能产生一个激光脉冲，单片机只要通过对激光脉冲的计数就能实时的计算出点滴的滴速。原理图如图 1.3 所示。图 1.3 液滴装置结构示意图（4）由于液压会随着高度的增加而增大，而压强的增大滴速也随之加快，所以可通过电机拖动使储液瓶上下移动来调节滴速，机械结构示意图如图 1.3 所示。而电机的特性直接5影响到点滴速度的调节时间和稳定性，故选择使用精确性好的步进电机来进行调速控制，通过步进电机的正转、反转可拖动储液瓶上升或者下降，从而实现滴速的增加或减慢。
