智能輸液助手的設計

作者/劉云昊、王哲，山西省運城市康杰中學

智能輸液助手的設計

作者/劉云昊、王哲，山西省運城市康杰中學

為了減輕靜脈輸液過程中醫護人員的工作強度，避免異常情況的發生，設計一種智能輸液助手。系統具有滴速檢測、自動關斷、聲光報警和短信息提示等功能。利用紅外檢測技術實現滴速檢測，采用直流電機與斷液輔助裝置自動停止輸液，利用蜂鳴器和發光二極管等實現聲光報警，同時通過GPRS模塊發送短消息，通知醫護人員進行及時處理。該系統具有較好的實用價值。

滴速檢測；GPRS模塊；AT89C52；智能輸液

引言

靜脈輸液以給藥迅速、見效快等優點，在臨床治療中得到了廣泛的應用[1–2]。通常輸液的過程以人工監控為主，醫護人員需要不停地巡檢，由患者本人或家屬觀察剩余藥液量，當藥液即將輸完或者滴速出現異常時，及時通知值班人員進行處理[3]。在增加醫護人員工作強度的同時，意外情況的發生概率也大大增加[4]。如果發生藥液輸完或者輸液管堵塞等情況，而醫護人員未能及時處理，則有可能會發生回血或其他危險，給患者造成痛苦，甚至導致醫療事故[5]。

針對上述情況，本文設計一種智能輸液助手來代替人工監護。采用紅外傳感器實現輸液過程中滴管流速的檢測，采用輸液阻斷裝置來自動關斷輸液過程，同時利用聲光報警模塊提醒患者或家屬，通過GPRS模塊發送手機短信通知值班的醫護人員進行相應處理。該助手能夠提高患者輸液時的舒適度，減輕醫護人員的工作強度和壓力，有效避免異常情況的發生。

1.系統的組成與工作原理

智能輸液助手系統的結構組成如圖1所示，主要包括紅外滴速檢測模塊、輸液阻斷模塊、GPRS模塊以及聲光報警模塊等。該系統采用低功耗、高性能的微處理器AT89C52作為控制核心。其工作原理是準備輸液時，醫護人員根據不同液體和患者情況調節滴管流速，紅外點滴檢測模塊開始實時檢測滴速，當液體剩余量低于設定值時，微處理器通過輸液阻斷模塊自動關閉液體的輸送，發出聲光報警信號提醒患者及家屬，同時通過GPRS模塊發送信息通知醫護人員來進行處置。

圖1 智能輸液助手系統組成結構圖

2.主要模塊的設計

■2.1 紅外滴速檢測模塊

滴速檢測模塊的設計是智能輸液助手系統中關鍵的組成部分。滴速檢測采用紅外檢測技術，把對管放安裝在莫菲式輸液管兩側,在滴管處對輸液速度進行測量。如圖2所示。

圖2 滴速檢測原理圖

紅外發射管發出紅外光后，光線穿透滴斗后照射到接收管，接收管將照射到它上的紅外光線轉換成電流信號。在滴斗內無藥液滴滴下時，紅外光線基本無衰減，照射到接收管的光線較強，電流信號相對也較強；若滴斗有藥液滴滴下時，液滴會遮擋光線，藥液吸收或散射部分光線，這樣接收管接所接收到的光信號較弱，電流信號相對也較弱。將光敏二極管輸出的電流信號轉換成電壓信號，從而將藥液滴落的變化轉換為電壓的變化。基于上述原理，設計的紅外滴速檢測電路如圖3所示。

其基本工作原理是：當滴斗內無藥液滴滴下時，接收管導通，此時LM567的8腳輸出低電平；當滴斗內有藥液滴滴下時，接收管接收光線減弱，接收管截止，此時LM567的8腳輸出高電平。當不斷有液滴滴下時，LM567的8腳便會輸出一個標準的脈沖信號，低電平代表無液滴滴下，高電平代表有液滴滴下。把檢測到8腳的信號送入微處理器中，就可以計算出液滴的滴速。

■2.2 報警模塊

聲光報警模塊的主要功能是提醒患者和醫護人員已經完成輸液或有異常情況發生。

圖3 紅外滴速檢測電路

聲光報警模塊的電路設計如圖4所示。通過微處理器的一個I/O口控制蜂鳴器和發光二極管來實現。同時，在系統的軟件設計中，添加一個專用延時子程序來實現這一功能。將延時子程序的時間閾值精確的設定為6秒。若在定時時間內系統沒有檢測到任何液滴信息，則認為輸液已經完成，此時AT89C52立即控制聲光報警裝置發出警報同時控制輸液阻斷裝置阻斷輸液軟管停止輸液,并將報警信息發送給醫護人員。

圖4 聲光報警原理圖

■2.3 斷液模塊

輸液完成后,在發出聲光報警的同時輸液監控器最主要的工作是控制輸液阻斷裝置及時的阻止輸液繼續進行。本設計采用的電機是直流電機，它的主要作用是當輸液結束時，電機正轉，卡緊滴管，以免護士未來得及處理而造成血液回流現象，給病人增加痛苦。電機驅動電路如圖5所示。

但是只有直流電機是不夠的，要想真正的起到阻塞作用，還需要其他輔助裝置，該裝置采用偏心輪及卡子，如圖6所示。卡子的具體作用就是相當于一個當班，而偏心輪的選擇特別重要，偏心輪由電機帶動，當正常輸液時，滴管放在卡子與偏心輪中間，當輸液結束時，電機轉動，偏心輪與卡子緊緊地把滴管夾緊，同時伴隨聲光報警，提醒護士來處理。

圖5 電機驅動電路

圖6 斷液輔助裝置

■2.4 GPRS模塊

GSM通信模塊是數據傳輸的通信核心，選用SMT封裝的雙頻GSM/GPRS模塊SIM900A安全可靠地實現系統方案中的短消息服務。SIM900A模塊通過串口與微處理器進行連接，從而實現對SIM900A模塊的控制。其電路設計如圖7所示。

圖7 GPRS模塊接口設計

3.系統軟件的設計

系統軟件的設計主要包括主程序、滴速測量、短消息通信、報警等程序單元。本文只介紹滴速測量子程序和短消息發送子程序兩個重點模塊。

■3.1 滴速測量子程序

由前面可知，將藥液滴落的變化轉換為電壓的變化，低電平代表無液滴滴下，高電平代表捕獲到液滴滴下，液滴不停地滴落形成一個標準的脈沖信號。利用微處理器的定時計數器可實現其周期的測量。定時器檢測到上升沿時開始計數，當檢測到下一次上升沿時，將當前計數值存放到對應通道的捕獲/比較寄存器中，完成周期測量。

定時器測定的周期為兩個液滴滴落的時間間隔為T，選取計時精度為1ms。為了便于觀察，通常記錄滴速的單位為：滴/分鐘，因此計算滴速的公式為：V=60×1000/T。

由于液滴滴落情況易受環境影響，波動較大，為提高滴速測量精度，采用連續測量3個液滴取平均速度的方法。滴速測量子程序流程圖如圖8所示。

■3.2 短消息發送子程序

信息發送程序設計包括：串口的初始化，SIM900A模塊的初始化，信息中心號碼的設置，對信息中心號碼、目標號碼、發送的內容進行編碼生成PDU串，如果遇到發送失敗情況的處理等幾部分組成。其程序流程圖如圖9所示。

圖8 滴速測量子程序

圖9 消發送子程序

4.結束語

本文設計了一種基于AT89C52微處理器的智能輸液助手，該系統在有效減輕醫護人員的工作強度的同時，能較為精確地測量滴速，在發生異常時及時阻斷輸液過程，避免了“回血”等危險情況的發生。并以短消息和聲光報警的方式及時通知醫護人員處理。該系統具有廣闊的應用前景。

＊ [1]劉剛, 凌強, 徐駿,等.基于STM32的輸液監控系統設計與實現[J]. 微型機與應用, 2016, 35(1):91-94.

＊ [2]楊光偉, 錢志余, 李韙韜,等. 一種新型智能輸液監護系統的研制[J]. 生物醫學工程研究, 2011, 30(1):35-38.

＊ [3]陳宇, 王璽. 基于光電技術智能輸液監控系統設計[J]. 核電子學與探測技術, 2009, 29(5):1149-1154.

＊ [4]上官光華, 張文超. 智能輸液監控系統的設計[J]. 生命科學儀器, 2014(4):57-60.

＊ [5]汪義旺, 陸軍, 張承成,等. 基于無線傳感網絡的智能輸液監控系統設計[J]. 測控技術, 2015, 34(11):64-66.