醫療輸液液位報警裝置的設計

桑國文

壽光市人民醫院 山東 壽光 262700

引言

輸液作為臨床治療的重要手段之一已有百年歷史，一直以來輸液是否完成都是靠人眼觀察，一旦疏忽很容易造成回血情況的發生，嚴重時如果藥液輸完后沒有及時將針頭拔出，一旦空氣進入血管，后果不堪設想[1]。為了避免這些不良情況的發生，本文研制了一款價格低，使用方便，運行可靠的輸液液位報警裝置。

一、系統原理

(1)結構設計。本文設計輸液液位報警裝置由STC89C52，聲光報警模塊，紅外檢測模塊，信號放大模塊以及電源模塊5部分組成，系統框圖如圖1所示。其中紅外傳感器由紅外發射和接收裝置組成，它們安裝在墨菲氏滴管中部。接收裝置將接收到的信號傳至信號放大系統；信號放大后傳至單片機進行處理，當檢測到的信號值低于設定值時，單片機發出信號觸發報警裝置。

圖1 系統框圖

(2)工作原理。本設計的紅外檢測模塊用來檢測藥液的位置，由于輸液一般是液體，利用光在液體中傳播會發生折射效應這一特點，將發射紅外線的裝置和感應接收裝置安裝在墨菲氏滴管[2]的中部外壁上，當液滴經過紅外線發射裝置時引起光線變化，從而使得接收裝置產生變化的信號，變化的信號進入信號放大裝置對信號進行放大后送入單片機，單片機對信號進行處理后驅動報警裝置報警。

二、系統硬件設計

(1)紅外檢測裝置。該裝置以紅外發光二極管作為發射裝置，光敏傳感器作為接收裝置，當有液滴經過紅外發光二極管時，由于液滴對光的阻礙作用，使光的強度發生變化，從而造成光敏傳感器的阻值隨之變化，將電阻變化值轉換成電壓差值送入下一級。

(2)信號放大裝置。信號放大裝置中的電壓跟隨電路當作為高阻抗輸入端時，以減少信號源的干擾；作為低阻抗輸出端時，可以提高帶負載能力。信號放大電路主要放大的是紅外檢測裝置發送的電壓變化值，這個變化值一般很小通過放大電路可以進行成倍放大[3]，在傳送給單片機。放大電路使用的是比較器，當同相輸入端電位大于反相輸入端時，輸出高電平，當反向輸入端電位大于同相輸入端時，輸出低電平。通過輸出端輸出的高低電平就可以判斷是否有液滴落下。如果在一定時間內光敏傳感器沒有接收到光強度變化，則信號放大電路輸出信號不變。

(3)聲光報警裝置。報警裝置采用三極管和蜂鳴器組成，當信號放大裝置輸出的電平一直保持不變則單片機判定藥液滴完，就會在相應的引腳輸出低電平，驅動三極管導通，發光二極管亮，蜂鳴器發出報警音，提示病人以及醫護人員及時更換藥液或者拔出針頭，電路圖如圖2所示。

圖2 聲光報警裝置

(4)電池模塊。電池模塊使用的是7V可充電鋰電池。鋰電池使用中要注意電量不可以太低，由于單片機和光敏傳感器使用的電壓并不完全相同，為了防止鋰電池電量過低導致部分元器件無法工作，還需要設置低壓報警電路[4]。本設計使用的傳感器所需電壓為5―24V，可以直接用鋰電池供電，單片機所需電壓為5V，因此需要將電壓進行適當的轉換，將7V電壓轉換為5V電壓供單片機使用，降壓得到的5V電還要和基準5V電壓進行比較，當低于基準電壓時還要進行低壓報警，低壓報警使用光照報警。

三、系統軟件設計

該裝置的仿真使用的是Protues8.8，它可以實現代碼調試、原理圖布圖以及單片機與外圍電路的協同仿真，還可以進行PCB設計。它支持AVR、51系列、ARM、DSPIC33等多種處理器，支持Keil、IAR以及 MATLAB編譯器[5]。

軟件編寫采用C語言進行編寫。整個程序包含了主程序，報警子程序，延時子程序以及中斷子程序。延時子程序主要是判斷藥液是否滴完。主程序完成整個系統初始化以及相應初值的設置和檢測。本次仿真采用Keil C進行程序編譯。根據整個系統要完成的工作，完成對主程序以及相關子程序的編寫，并在Keil C中進行程序調試，調試完成后會生成.HEX文件該文件通過Edit Component——Program File下載到Protues仿真環境中進行仿真[6]。

四、小結

本設計的輸液液位報警裝置解決了傳統輸液需要人為觀測藥液的弊端，并具有運行穩定可靠，安全性高，價格低廉的優點，具有很高的推廣價值。