医用输液监控装置设计

王致杰，孙霞

摘要：本文提出一种基于美国德州仪器（TI）生产的LF2407DSP处理器作为控制器来实现医用输液的自动化及智能化的设计方法。该装置主要通过采集三种不同的模拟信号，分别是当时输液的环境温度、输液患者的脉搏、输液滴管的流速，经DSP处理后，做出相应的动作。以实现根据当时环境及适合患者的方式进行自动输液。同时本设计添加报警装置，避免出现患者吊空瓶的现象。

关键词：医用输液监控装置；自动控制；技术路线；技术方案

中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0175-02

在中国，护士与病患的配比量是超过国际通行配比量的好几倍；这也就意味着在中国，护士的工作量大、劳动强度大。这款医用输液监控装置设计恰好能解决这样的问题，它减少了护士的工作量，同时也保证了患者在输液时能得到最安全高效的输液方式。现有的医用输液系统结构简单，功能性不强。在输液的过程中，护士要凭借经验来判断适合患者的输液流速，不免有失偏颇。医用输液监控装置设计就是在原有的输液系统上使其智能化、自动化，减少人为因素及环境不确定因素在输液过程中对患者造成的不适。本医用输液监控装置设计能克服了一般医用输液系统的不足，提供了一种新型、多功能的智能控制系统。它改变了过去全凭经验对患者进行输液的传统方式，防止患者为了贪图在输液速度上的高效而擅自改变输液速度的情况发生；还能在最大程度上减少患者在输液时的不适感。本设计改造结构简单，成本低廉。医用输液监控装置设计具有较高的实用性，有广阔的市场前景，并且可以应用于所有人群。

一、系统总体方案设计

本课题为医用输液监控装置设计的研究与设计，本设计的主要内容是利用数字信号处理器（DSP）、传感器等设备，根据不同患者的需求，以达到输液过程的自动化和智能化的目的。使用脉搏传感器在测定好患者心跳值，在选择合适的输液速度后，就不再需要人为因素参与输液过程，保证了患者输液的安全性，本设计增加的加热装置是用来缓解患者在输液过程中的冷胀感，红外线传感器自动监测输液袋的液面高度变化，在输液袋液体量为零时启动夹紧装置，输液完成。本设计实现了输液过程的自动化及智能化。

1.技术路线。当输液工作开始，首先系统自身进行初始化以清空上一位患者使用时遗留的数据。先用温度传感器检测室内环境温度是否小于37摄氏度，如果是的话启动加热使温度达到37摄氏度。温度传感器始终处于工作状态，实时监控环境温度，使温度保持在37摄氏度恒定。完成温度的恒定后，系统通过连续脉冲信号读取输液患者的脉搏数。另一路信号监测输液袋内余留液体的数量，以红外传感器采集到的数据作为输入信号送入DSP芯片内，每当有液体滴下就计数一次，当信号计数为零时，输液结束。①确定医用输液终端总体设计方案；②完成医用输液监控装置设计的结构设计；③确定并完成其硬件电路设计；④根据控制要求，利用DSP完成软件编程设计；⑤设计并做出模拟系统；⑥对模拟系统进行调试和检测。

2.技术方案。医用输液监控装置，其特征在于，包括壳体、DSP处理器、金属加热片、透明塑料膜、红外线传感器、温度传感器、稳压电源；壳体为空心结构，在空心结构中能搁置输液袋或瓶；在壳体上设有DSP处理器，在壳体空心结构内的下端设有金属加热片，在壳体的外层覆盖有透明塑料膜；在透明塑料膜的表面设有红外线传感器和温度传感器，红外线传感器和温度传感器设置在壳体的下端；DSP处理器分别与脉搏传感器、金属加热片、红外线传感器和温度传感器连接；稳压电源与DSP处理器、红外线传感器、温度传感器和金属加热片连接。壳体或是圆柱型或是扁平型的，以适应输液瓶或输液袋的安装需求。在壳体的上端设有报警装置，报警装置与DSP处理器连接。DSP处理器采用LF2407DSP处理器。本设计的优点在于：①可以根据监测到的患者身体生理数据自动控制输液流速，改变了医护人员凭经验对患者进行输液的方式，也能防止患者自行改变输液速度的情况；避免输液流空形成空栓的情况，能最大程度减少患者在输液时的不适感；②具有智能化、自动化的特点，使输液的过程更科学化、更人性化；③可基于原有输液设施进行改造，具有较高的实用性，具有推广应用的前景。

3.系统实施方案。该装置主要由壳体、红外线传感器、温度传感器、透明塑料膜、脉搏传感器、夹紧装置、输液袋、DSP处理器、金属加热片、步进式执行器、报警装置、稳压电源等部分组成。

二、系统硬件设计

整个系统的主要部分包括DSP处理器、数据采集、数据存储、实时时钟芯片、数据通行接口及电源单元等；主板主要处理采集到的温度、脉搏、输液量的实时数据、记录和存储，同时为整个系统提供实时时钟、电源检测和输出对外的信号，如对超过设定值得报警及未带到设定温度值的加热。系统还提供人机交互功能，即采集到的温度和输液袋内的液体容量能通过LCD显示电路显示在使用者面前；若采集到的数据显示未达到设定的37摄氏度，则启动加热功能对输液袋进行加热，当达到37摄氏度之后则停止加热，加热功能的启动通过10号引脚向外输出信号，使温度始终保持在37这一适宜人体的温度；系统还拥有报警指示灯，当加热的温度超过37摄氏度时，则报警指示灯闪烁，提醒使用者温度过高，报警信号通过9号引脚向外输出信号；输液袋内的液体容量在输液前就通过LCD显示电路显示在使用者面前，开始输液后，利用红外传感器检测每一滴液体的通过，每通过一滴计数一次，当输液结束计数值与设定值相等后输液过程自动结束。输液的全过程都能及时显示在使用者面前。

三、主程序流程

为了达到系统要实现的功能，当输液工作开始的时候，首先系统自身进行初始化以清空上一位患者使用时遗留的数据。先用温度传感器检测室内环境温度是否小于37摄氏度，如果是的话启动加热使温度达到37摄氏度。温度传感器始终处于工作状态，实时监控环境温度，使温度保持在37摄氏度恒定。完成温度的恒定后，系统通过连续脉冲信号读取输液患者的脉搏数。另一路信号监测输液袋内余留液体的数量，以红外传感器采集到的数据作为输入信号送入DSP芯片内，每当有液体滴下就计数一次，当信号计数为零时，输液结束。

四、安装与实验调试

1.设计过程中前期工作。①解决各部分原理问题。②提出待解决问题。③准备电路图纸。

2.硬件电路的调试。此部分的任务是在系统搭建完成后，调试各个组件能否正常工作，能否实现系统要求的各项功能。其步骤如下：①按照系统设计，将需要的各族组件连接好。②根数实验说明书，了解各个组件的工作原理，着手开始调试芯片。③设定好温度值为37摄氏度，计数个数为6000后，可以进行测试。④为了达到快速检测系统是否实现功能要求的目的，我测试水温代替空气温度来调试系统硬件设计，这样做的效果更直观而明显。先取来一杯与室温接近的水，放入温度传感器测出温度，慢慢加入热水，此时可以看到显示数字有明显上升，当温度达到37摄氏度时，显示数值不再变化，同时亮起警示灯报警。加入冰水后，显示数值下降，加热装置启动。⑤设定的计数个数为6000，当传感器检测到外部变化时，显示的计数个数也随之变化，直至设定值。