基于nRF24L01的智能點滴輸液報警器系統設計

施 嘯，史雷萌，胡 威

（1.國華（江蘇）風電有限公司，江蘇 東臺 224200；2.廈門理工學院 光電與通信工程學院，福建 廈門 361024；3.上海鴻杰科技有限公司，上海 200443）

0 引 言

隨著醫療水平的不斷提高，點滴輸液已經成為現代臨床醫療工作中最常用的治療手段。在病人輸液治療的過程中，護士要及時為病人更換藥液或是停止輸液，這就需要護士經常在病房里巡查。這將耗費護士大量的時間與精力，導致護士難以照顧到每一位病人[1]。有些病人輸液治療還有朋友、家屬進行陪護，大量陪客待在醫院里，會給醫院的管理工作帶來人力上和財力上的巨大壓力[2-3]。而且不少病人一天需要輸入好幾組藥液，在長期臥床的情形下病人容易困乏乃至熟睡。當輸液結束時，如若沒能及時通知護士前來更換藥液或是拔出針頭，輸液瓶中的空氣可能會順著輸液管進入靜脈血管造成空氣栓塞[4-5]等問題，給病人帶來重大安全隱患。

因此，本文基于嵌入式技術設計一種穩定、可靠、安全的智能點滴輸液報警器系統[6-7]，實現對病人輸液進度的實時監控。

1 系統整體設計

本智能點滴輸液報警器系統的結構主要由病房從機子節點和護士站主機構成，依靠各個病房的從機子節點完成向護士站主機發送報警消息的任務。系統組成框圖如圖1所示。

圖1 系統組成

2 硬件設計

智能點滴輸液報警器硬件由病房從機子節點的檢測控制和護士站主機的報警顯示構成，包括液位檢測模塊、流速控制模塊、無線通信模塊、語音報警模塊和LCD顯示模塊，主機和從機的核心處理器均采用STM32F103ZET6芯片。當病房從機子節點檢測輸液管內液位低于設定值后，控制舵機夾緊輸液管控制流速，同時向護士站主機發出報警信號。主機接收到報警信號后，發出語音報警指令并在LCD屏幕上顯示報警床位。系統整體硬件設計如圖2所示。

圖2 硬件設計框圖

2.1 傳感器設計

液位檢測傳感器采用的是電容式液位傳感器，該傳感器結構簡單，安裝方便，維護量少，靈敏度高，有著極高的穩定性和抗干擾能力，可實現對容器內液位高度非接觸式檢測[8]。液位檢測傳感器原理圖如圖3所示。

圖3 液位檢測傳感器原理

2.2 流速控制設計

流速控制模塊設計采用的是舵機控制方式。舵機結構緊湊，易于安裝，有著控制簡單、扭力大、成本低等多種優點，并且舵機輸出平穩，能夠通過夾緊輸液管實現對流速的精準控制。

2.3 無線通信設計

無線通信設計采用的是nRF24L01無線通信模塊。nRF24L01是一款由NORDIC公司推出的收發器件。該器件可以在2.4～2.5 GHz的ISM頻段工作，有較強的抗干擾能力，其可選的頻道很多，可以滿足多點通信和調頻通信的需要。nRF24L01無線通信模塊原理圖如圖4所示。

圖4 無線通信模塊原理

2.4 報警器設計

報警器設計采用的是JQ8900語言模塊，該模塊集成了一個16位的MCU以及一個專門用于音頻解碼的DSP。JQ8900的硬解碼方式可以保證系統的穩定與可靠[9]。當護士站主機接收到從機子節點的報警信號后，啟動語音報警模塊，提示護士去給該病房的病人更換藥液或是停止輸液。

2.5 屏幕顯示設計

屏幕顯示設計采用的是3.5英寸的TFTLCD液晶顯示屏模塊。TFTLCD是一種薄膜晶體管型液晶顯示屏，該顯示屏亮度好、對比度高、層次感強，屏幕信息顏色鮮艷，有著較高的安全性和可靠性[10]。TFTLCD液晶顯示屏模塊原理圖如圖5所示。

圖5 TFTLCD顯示模塊原理

2.6 軟件設計

系統軟件開發主要基于Keil MDK5開發環境。程序依據模塊化軟件編程原則，劃分為液位檢測模塊、流速控制模塊、無線通信模塊、語音報警模塊和LCD顯示模塊。整體軟件設計流程如圖6所示。

圖6 軟件設計流程

3 仿真及測試

護士站主機可以看到所有病房里從機子節點的狀態，如果主機接收到從機的報警信號，便會進行語音報警，同時LCD監測界面上會顯示床位及報警信息。單個從機報警和多個從機報警狀態分別如圖7和圖8所示。

圖7 單個從機報警LCD檢測顯示界面

圖8 多個從機報警LCD檢測顯示界面

4 結 語

隨著經濟的不斷發展，醫療水平也在不斷提高，開發一套智能點滴輸液報警器系統，可以很好地改良當前醫院里的點滴輸液裝置，大幅度減輕護士們的勞動負擔[11]，讓人們在治療過程享受更加智能化和人性化的服務，具有較高的社會應用價值和意義。