基于GSM的智能输液监控系统设计

白龙 孙霄霄 刘洁 姚鹏 刘博强

摘 要：针对目前医院中点滴输液所存在的问题，以STC89C52单片机为控制核心，通过CAN总线构成有线网络，设计了一种多功能液体点滴监控系统。实现了滴速的实时控制和输液结束提示，使输液过程更加安全，降低了护士和陪护人员的劳动强度，同时系统的GSM模块为医生查房、换药、书写病历等起到了辅助作用，具有较高的实用价值。

关键词：GSM；STC89C52；CAN；监控系统

引言

点滴输液是医院非常重要的医疗手段。点滴输液过程中主要问题有两个：一是调整输液速度，点滴过快、过慢都会影响治疗效果和病人的休息；二是监视瓶中的药液，当药液滴完，及时换药或拔除针头[1]。因此，需要一种准确调整滴速，并且当药液快滴完的时候并能及时发出报警信号，提示护士拔除针头的自动监控装置，使点滴输液更加安全和方便。

本设计针对上述问题，运用单片机技术、红外线光电传感器与GSM手机模块组成一个分布式监控网络， 实现对点滴输液的实时监控，并具有手机短信提示、病人治疗基本情况查询等功能。从而减轻了护士的工作量，同时为医生查房、换药、书写病历等起到了辅助作用。

1 系统总体设计

本系统主要由医务监控中心和病房监控从机构成（以某一病房为例）。医务监控中心主要由护士站和医生办公室的计算机组成，并配以GSM手机通信模块。

病房监控从机以STC89C52单片机为控制器，通过红外传感器对点滴速度和液位进行监测，将监测数据显示在液晶屏上，使患者本人知道当前输液状态，并利用双极性步进电机拖动、控制储液瓶的高度，实现点滴速度的自动调节，当储液瓶中剩余药液高度达到2～3cm或有异常情况时，可由报警装置立即报警。

2 硬件设计

2.1 从机主控模块

病房监控从机主要完成滴速与液位的监测，并将输液过程中的动态信息通过液晶屏显示给患者，当有异常情况时，可及时报警。监控从机以台湾宏晶公司的STC89C52单片机为控制核心，STC89C52内置可反复擦写的Flash存储器，具有在线编程功能，开发成本低，便于系统维护和升级[2]。显示部分采用JM12864M汉字图形点阵液晶显示模块，通过单片机模拟SPI接口进行控制，可以动态显示输液信息，主要包括当前滴速（滴/分）和病房从机的ID号。

2.2 滴速和液位检测模块

滴速和液位的测量由非接触式红外传感器完成，此传感器输出信号变化明显，灵敏度高，通过感光元件对变化的入射光加以接收，并进行光电转换，且发光元件和接收元件的光轴是重合的。当液滴经过两者之间时，会阻断光路，使接收元件接收不到来自发光元件的光，进而输出一个脉冲信号，设置单片机每接收一个脉冲就中断一次，单位时间脉冲信号的个数就是滴速。由于两个传感器的输出信号不稳定，因此采用集成施密特触发器的74HC14整形，从而获得规则的脉冲信号[3]。

2.3 滴速控制模块

通过控制电机的正反转来改变滴斗与地面的距离，根据滴斗高度与滴速的对应关系，以达到控制点滴滴落速度的目的。点滴速度控制电路采用专用的步进电机控制芯片L298。双全桥式驱动器L298在6～46V的电压下可提供2A的额定电流，用较小的封装提供强大的驱动能力，带有电流反馈输出，并有过热自动关断功能，它的外部需要连接续流二极管。

2.4 GSM模块

TC35i是Siemeils公司推出的新一代工业级GSM模块。自带RS232通信接口，可以方便地与PC机、单片机连机通讯。可以可靠、安全、快速地实现系统方案中的数据、语音传输和短消息服务。TC35i模块的工作电压为3.3～4.8V，可工作在休眠和空闲状态。本系统中利用STC89C52的UART口经电平转换后与TC35i相连，另用两个I/O口控制GSM模块的复位和开机。这样下位机就可以在第一时间利用GSM模块向护士和医生发送相关信息了，医护人员的SIM卡号可通过护士站上位机软件写入到下位机的E2PROM中。

3 系统软件设计

3.1 系统通信

医务监控中心（护士站）和病房监控从机通过CAN总线进行有线通信，每个病房有独立的ID号，通信时先由主机发出地址帧，ID号匹配的从机与主机通信，完成点滴状态信息的上传和控制设定。而医生可通过GSM手机模块第一时间获知患者输液结束等相关消息，为安排相应处置（换药、查体、辅助检查等）做好准备。

护士站PC机的操作软件利用VC++编写，上位机软件的功能是设定点滴速度，然后送给病房的下位机，当点滴瓶中的液体还剩2～3cm时，红外对管接收到信号并传送给单片机，单片机通过蜂鸣器报警，提示病人及陪护人员，同时将报警信息送给上位机，在上位机的接收区会显示接收到的报警数据，指示灯会变成红色作为报警。

3.2 下位机软件设计

下位机软件主要是完成点滴速度的检测、调节和显示、液位检测和报警，发送和接收数据等命令。设计的主要思路是，将液滴探测电路的输出信号输入单片机的外部中断，同时利用片内定时计数器测出点滴的滴数和所需要时间，测三次后取其平均值，作为当前的滴速值。

4 结束语

本系统的设计旨在使点滴输液的控制智能化和网络化，提高医疗设备的自动化水平。经实验环境调试后，记录实验数据并分析实验结果得出以下结论。滴速误差小于±5（滴/分钟），相对误差控制在 5%以内；输液即将结束时病房下位机可及时报警并通知医护人员；GSM模块很好地辅助医生完成了查房、换药、书写病历等工作。因此，本智能输液监控系统能够完成对点滴过程的有效控制，让病人感觉到输液更加安全、放心，同时为医护工作提供便利，具有较高的应用和推广价值。

参考文献

[1]陈丽娅，杨芸.医用点滴自控装置的研制[J].现代电子技术，2006，13：107-108.

[2]张毅刚.单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]李 ，余学飞，陈光杰，等.基于单片机的输液监控系统设计[J].医疗设备信息，2006，21（6）：13-14.

[4]杨欣宇，刘正亮.基于AT89C51的液体点滴速度监控系统的设计与实现[J].齐齐哈尔大学学报，2005，21（6）：55-57.

作者简介：白龙，牡丹江师范学院，硕士研究生，讲师，研究方向：智能检测与控制。