基于AT89C52的紅外點滴報警系統研究

南京農業大學 工學院 汪 明 黃桂林 林盛業 唐浩然

基于AT89C52的紅外點滴報警系統研究

南京農業大學 工學院 汪 明 黃桂林 林盛業 唐浩然

輸液是現代臨床醫療的重要治療手段之一，但傳統的輸液過程存在一定的安全隱患。當藥液輸完時，若醫護人員或家屬未及時換藥或拔針頭，會造成空氣進入血管，形成凝血、空氣栓塞等問題，輕則會使患者感到不適，重則會危及患者的生命安全，引發不必要的的醫療事故。因此，實現對輸液情況的遠程監控具有重要的現實意義。本文，筆者介紹了所設計的一種新紅外點滴報警系統，該系統以PC機為顯示終端，以nRF24L01為無線傳輸模塊，用對射式紅外傳感器來檢測輸液速度及液面高度的變化，進而實現對整個輸液過程的監控。

一、系統組成

該系統主要由MCU模塊、液晶顯示模塊、采集模塊、蜂鳴器報警模塊、監控顯示模塊和無線傳輸模塊組成。其整體結構如圖 1 所示。

圖1 點滴報警系統整體結構

MCU模塊采用AT89C52單片機為主控芯片。液晶顯示模塊主要顯示點滴速度值，并且可以通過按鍵選擇是否顯示點滴速度值，以盡可能地節省電能，減小系統功耗，從而降低系統的使用成本；液位采集模塊監測輸液瓶的液位信息，當液位到達預定的最低處時，可通過蜂鳴器報警模塊實現報警，提醒護理人員及時處理；滴速采集模塊通過對射式紅外傳感器檢測輸液的點滴速度；無線傳輸模塊將點滴速度及液位消息傳輸給主站計算機。

二、系統硬件設計

該紅外點滴報警系統主要由病房輸液監控設備和護士站主機等部分組成。病房輸液監控設備的主要工作是實現對液滴信號的檢測和無線通信。護士站主機硬件中，控制總站處理器AT89C52與上位機通過USB接口連接，醫務人員可通過可視化軟件實時監控整個病房的輸液情況，負責整個系統的監視管理。

1.點滴速度測量。采用對射式紅外傳感器檢測漏斗處的點滴速度，并通過測量相鄰2液滴的時間間隔來計算點滴速度。使紅外發射管與接收管正相對，紅外發光二極管發出紅外光，光線透過輸液管照射到光電三極管上，光電三極管將接收到的光信號轉換成電信號輸出。無液滴滴下時，接收管收到紅外信號輸出低電平；有液滴滴下時，接收管輸出1個正向的脈沖信號送給單片機的端口。由于傳感器產生的脈沖信號不規則，為了能讓單片轉變變為規則的脈沖信號，通過LM 393設計整形電路，利用電位器調節比較器的門限電壓，輸出比較規則的波形。

2.液位檢測。液位檢測電路和點滴速度測量電路相同，只是對應的單片機接口不同。由于紅外光在空氣和水中的程度不同，因而光電三極管接受到的光強也不相同。根據對應端口的電平變化來判斷液位是否低于設定的位置，從而實現聲光報警。

3.數碼管顯示。輸液的點滴速度和床號由數碼管顯示。4位數碼管采用動態顯示，高2位顯示床號，低2位顯示點滴速度。利用P1口作為數碼管的段碼控制， P2口為位選信號， 驅動部分所用的是NPN 型三極管 9013。

4.無線通信模塊設計。該系統的護士站主機與輸液監控從機的通信采用無線傳輸方式，由于傳統的有線通信產品在現場安裝及后續維護時需要花費大量的人力和物力，在考慮包括功耗、傳輸速率、傳輸距離、使用頻段等一系列因素后，最終選擇射頻芯片nRF24L01作為該報警系統的無線通信芯片。

三、系統軟件設計

1.通信協議。系統采用的無線通信芯片為nRF24L01，它與單片機之間的通信是通過SPI接口實現的。由于系統選用的單片機是AT89C52，不具備SPI通信接口，在編寫程序時采用將普通I/O口模擬SPI通信時序的方法。護士站主機和監控站分機之間的通信，屬于一點對多點的通信系統范疇，故選取星形無線通信系統。星形系統通信實時性比較高，適用于具有較多無線主機的場合。采用的程序編寫方式為輪詢方式，由于AT89C52的機器周期很短，護士站主機對監控站輪詢一周的時間也較短，不會對系統報警的實時性和及時性產生負面影響。

2.液滴檢測模塊軟件設計。系統編程對液滴信號的處理采用AT89C52 單片機的定時器與計數器相結合的方式，每當計數器引腳檢測到有外部脈沖時就會進入到計數器中斷服務程序，通過2次進入中斷的間隔得出2液滴之間的時間間隔，并計算出點滴速度。

四、結論

本文，筆者研制的基于AT89C52單片機的紅外點滴報警系統，具有點滴速度檢測、信息顯示、遠程監控等功能。經過實踐驗證，該系統報警及時，性能穩定且安裝方便，能有效降低了醫護人員的工作強度，同時還能提高醫院醫療水平，具有一定的實用價值。