自動輸液監控系統設計

孫選辰，王歷，俄萬林，李佳康，姜少維，逯玉蘭

摘? 要： 輸液是日常生活中最為普遍的一種治療方式，靜脈輸入操作簡便，但很容易因為患者或醫護人員監護不周而出現意外，流速過快則會引發感冒、心臟負擔加重等一系列安全隱患，因此設計了一款自動輸液監控系統。該系統采用 STC89C52 單片機，以紅外傳感器檢測液滴滴速以及液面高度，搭配步進電機模塊和報警裝置，實現了自動輸液的實時監控。該自動輸液監控系統具有成本低、實用性強、安全簡單、易操作的特點。

關鍵詞： 自動輸液; 實時監控; 紅外傳感器; STC89C52單片機

中圖分類號：TP273? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1006-8228（2022）01-50-03

Design of automatic infusion monitoring system

Sun Xuanchen， Wang Li， E Wanlin， Li Jiakang， Jiang Shaowei， Lu Yulan

（College of Information Science and Technology， Gansu Agricultural University， Lanzhou， Gansu 730070， China）

Abstract： Infusion is the most common treatment method in daily life. Intravenous infusion is easy to operate， but it is easy to have accidents due to poor monitoring of patients or medical staff. If the flow rate is too fast， it will cause a series of potential safety hazards such as cold and increased heart burden. Therefore， an automatic infusion monitoring system is designed. The system adopts STC89C52 single chip microcomputer， and uses infrared sensor to detect the liquid drop speed and liquid level height， combined with stepping motor module and alarm device to realize the real-time monitoring of automatic infusion. The automatic infusion monitoring system has the characteristics of low cost， strong practicability， safety and simplicity， and easy operation.

Key words： automatic infusion; real-time monitoring; infrared sensors; STC89C52 single chip microcomputer

0 引言

我國是人口大國，每天生病看病的人數有很多，輸液治療是最為普遍的治療方式，但是醫院沒有足夠的醫護人員，很多患者的陪同家屬也不能很好地監護病人用藥情況，常疏忽了輸液時藥瓶里的藥量，造成輸入空氣到血管中的情況，或輸液時液滴流速變快、堵塞等等，這些情況的存在不僅在很大程度上造成了人們精力的流失，而且還會造成患者感冒、心臟負擔加重等疾病[1-2]。

因此，將先進的科學技術應用到醫學上是非常有必要的，既可以減輕醫護人員的工作量，也可以更安全可靠地監護患者狀況，降低一些不必要的損失。本文設計了一種基于STC89C52單片機的自動輸液監控系統，該系統可以通過液晶顯示屏觀看液滴滴速以及最低限制的液面高度，按鍵裝置設置參數，通過單片機控制步進電機實現液滴流速變化以及液面高度的控制，超出設置的液滴滴速和低于設置的液面高度時都會引發報警裝置。這樣不僅可以降低人工成本，節約資源，也可以使患者更加輕松和安心。

1 系統總體設計

本系統是以STC89C52系列單片機為核心，具體包括主機模塊、按鍵輸入模塊、紅外傳感器模塊、LCD顯示模塊、聲光報警模塊、驅動模塊以及步進電機模塊。整個系統的工作過程是：①紅外傳感器將采集到的液滴滴速和液面高度轉換為數字信號;②將數字信號傳輸到單片機中;③單片機對輸入的數字信號進行處理;④將處理的結果顯示到LCD顯示屏上;⑤根據輸出的結果，輸出控制信號驅動到輸出驅動模塊;⑥輸出驅動模塊驅動步進電機模塊進行正反轉控制滴瓶的高度，使液滴流速保持在正常范圍內。具體過程為：接通電源開始工作，通過按鍵模塊進行液滴滴速的上限值和下限值的設定，液滴滴速會在顯示屏中顯示，當滴速低于設定值的下限，步進電機會拉高滴瓶的高度加快液滴滴速，當滴速高于設定值的上限，步進電機會降低滴瓶的高度減慢液滴滴速，滴瓶液面過低時，紅外傳感器將數據傳送給單片機，LED燈顯示紅色并且出現蜂鳴警報聲，整個過程自動完成，保障安全可行性。

系統總體結構圖如圖1所示。

2 系統硬件設計

2.1 主機模塊

單片機是微型計算機的一種，它具有處理速度快、運算能力強、控制性好等優勢，適用范圍極其廣泛。本設計以STC89C52單片機為核心，其低功耗、高性能的特點非常符合設計的需求[3-4]。STC89C52單片機具有8KB系統可編程Flash存儲器，將設定好的程序通過PC寫進單片機中，便可以進行工作。本系統中，單片機起到控制作用，對按鍵輸入信息進行保存，對紅外傳感器中的信息進行計算、比對，然后輸出信息控制報警器和驅動模塊。

2.2 紅外傳感器模塊

紅外傳感器具有低功耗、簡單易操作的特點，適用范圍很廣。本模塊采用RPR221型光電對管，這是一種單光束的紅外光電傳感器，結構緊湊，調理電路簡單，當發光二極管發出的光發射回來時，三極管導通輸出低電平[4]，采用+5V的電源電壓，在本系統中作為信息主要的來源器件[5-7]。本設計中主要作用為，當有液滴流過時，紅外感應裝置將接受光束的時間傳輸到單片機內，當液滴水平降到最低設定高度時，便會引發報警器工作。紅外傳感器原理圖如圖2所示。

2.3 報警模塊

報警模塊將蜂鳴器和LED燈設計到一起，通過三極管驅動蜂鳴器和LED工作，原理結構圖如圖所示。聲光報警原理圖如圖3所示。

2.4 LED顯示模塊

本文的顯示模塊采用LCD1602液晶顯示屏，這是一種使用相對廣泛的字符型液晶顯示器，是一種專門顯示字母、數字和符號的顯示器。它有14個引腳，D0-D7分別與STC89C52單片機的P0.0-P0.7對應[8]。采用直接控制方式，將命令寫入到LCD1602中[9-11]，使用方便，并且結構穩定，非常符合本設計的需要。LCD1602顯示屏原理圖如圖4所示。

2.5 驅動模塊

出于簡單方便、節約高效的考慮，本文的驅動模塊使用了脈沖信號+驅動器+步進電機的工作方式，脈沖信號由STC89C52單片機產生，步進電機通過驅動電路將脈沖信號很好地轉換為角位移。當液滴流速過快或者是過慢，通過紅外傳感器傳到單片機中的信號，驅動電路便會及時驅動步進電機工作，通過正轉與反轉調動滴瓶的高度，達到調節滴速變化的目的。

3 軟件設計

本文采用面向模塊化的思想，用C語言進行單片機內部的程序設計，通過開發軟件Keil進行系統的仿真與測試，軟件系統則可通過PC直接編程和拷貝。系統主要由初始化模塊、設置參數模塊、數據處理模塊、比較控制模塊、信號處理模塊、驅動電路模塊組成。系統的程序流程圖如圖5所示。

4 結論

本文設計了基于STC89C52單片機的自動輸液監控系統。以單片機為主要組成部分，搭配外圍電路，實現了功能較為全面的自動輸液監控系統，通過紅外感應器完成信息的采集，將信息傳輸到單片機中，信息處理后，對不同信息做出不同的處理，降低了人力勞動，具有很強的科學實施性。采用C語言編程，數/模信息的轉換，以及Keil開發軟件進行系統的仿真與測試。本系統具有成本低、實用性強、安全簡單、易操作的特點，具有較高的推廣價值。但系統智能化程度較為低下，仍需要進一步的實驗研究，改善這一方面的不足。

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