智能输液实时监控系统设计

王洋++黄其维

摘 要医院采用人工监护点滴输液是目前大部分医院的普遍方式，由于采用人工监护输液，人力资源利用效率并不高。而在国外医院点滴输液普遍采用人工智能设备，对点滴输液过程进行实时监控。因此，本系统设计了一款基于无线通信的实时输液监控系统。本系统采用飞思卡尔公司生产的K系列芯片（k60微控制器）作为控制核心。其中数据采集模块采用自带放大电路的24位高精度A/D转换模块HX711完成。子系统与计算机之间的无线通信是通过无线模块NRF24L01实现，通信协议自定，采用蠕动泵控制输液速度。计算机端的应用软件采用面向对象编程的高级语言C#（C sharp）进行开发。计算机应用软件应用用户界面简练、功能强大。该应用软件能够实现在电脑端实时显示输液进度、药业余量以及相应病床号，并且对药业余量不足2%进行预警。本系统经过各项严格测试，证明该系统方案，安全可靠，方便使用，具有可执行性，可应用性。

【关键词】微控制器 无线通信 应用软件 智能输液

目前，国内临床医疗上使用的普遍是一些低端设备，仅仅具有一些，输液完成进行声光报警，输液完成阻断输液等简单功能。本系统是基于单片机控制技术，无线模块通信技术，以及液晶显示，计算机上位机管理。自主挖掘并设计了一套采用分布式原理的智能输液实时监控系统。每个子系统能够实现独立供电独立获取数据。液晶显示当前要业余量、药液总量以及自动进行声光报警，远程呼叫医生等功能。计算机上位机同步显示输液的药液余量、药液总量以及声光报警等信息。并且计算机端设有历史记录系统方便及时查询输液记录。

1 系统设计方案

本系统总体设计可分为两大主要模块。

（1）由单片机作为控制核心所构成的子系统；

（2）计算机客户端设计。

下面对两大主要模块进行分模块介绍。根据任务设计要求，每个子模块大致有以下几部分构成：

（1）主控模块；

（2）按键控制模块；

（3）电源模块；

（4）数据采集模块；

（5）液晶显示模块；

（6）无线通信模块；

（7）应力转换模块；

（8）输液速度控制模块。

本系统设计使用电阻应变片作为应力转换模块采集因药业余量的变化所产生的应力变化。以此完成对输液药业余量的采集。本系统采用单片机MK60DN512Z作为子系统的控制核心。通过按键设定输液系统的输液速度以达到对输液流量的精确控制。当药液余量低于总药液量的2%时，系统会自动启动声光报警。同时，发送报警信号到计算机客户端，以便及时通知医护人员进行相应处理。每个子系统统一采用无线通信模块NRF24L01與电脑端无线接收模块实现数据对接。

计算机端与无线接收模块采用USB接口为连接方式。计算机端应用软件通过USB串口及时获取各个子系统实时数据。计算机编程从串口读出无线上传的数据，并及时输出显示到电脑屏幕上。应用软件具有用户修改和设定参数的特殊端口。计算机客户端实时显示各个子系统目前的药液余量，并且实时显示报警子系统当前的报警时间紧急程度等等。整个输液监控网络由众多智能节点构成，每一个智能节点，就是我们的一个智能输液系统子系统。每个智能节点都可以独立控制一个相应的无线收发模块。实现各自独立的与计算机进行数据的交互对接。由于采用无线通讯方式，在整体上大大的简化了系统设计、系统的复杂程度。也使得本系统的实用性、有用性更强，更具有实际意义、实际价值。

2 设计原理

子系统采集药业余量的变化是通过将电阻应变片贴于待测金属表面，通过电阻应变片阻值的变化来检测药液量的变化情况。将四片电阻应变片搭建成全桥电路，贴附于输液架顶端表面，通过测量全桥电路输出电压的电压值大小来测量药液量的变化量。寻找恰当数学公式可以实现对药液量的精确计算。因此，我们通过检测电阻应变片两端输出电压的大小变化，即可检测出药业余量的变化情况。当子系统检测到我们的剩余药液量低于总体药液量的2%。则通过单片机直接控制发光二极管以及蜂鸣器进行声光报警。以及使用LCD液晶显示器显示当前的药液总量、药液剩余量以及声光报警的报警时间等各项参数。

3 系统总结

本系统采用采集电阻应变片阻值变化的方案对药液余量进行测量。通过单片机控制液晶显示器对药液余量进行显示。本系统经过多项测试、多次测试，其测试结果可以得出本方案简单可靠。在药业余量不足2%则自动启动声光报警系统，另外因为电阻应变片具有安装方便、成本低等一系列特点。本系统具有良好的实用性以及经济效益。

智能输液实时监控系统可以方便地通过一台计算机，远程监控几十个、上百个病床号的输液情况。因此，可以方便的实现点滴输液过程中的集中监控与集中管理。改善医院医护人员的工作环境，减少应医护人员工作量以及监护不当所造成的医疗事故等等。把医疗监护人员彻彻底底的从繁琐的劳动中解放出来。本设计具有性能稳定、响应速度快、成本低廉、操作简单、使用方便、经济效益良好等优点。智能输液实时监控系统数据通信稳定、准确可靠，具有较高的使用价值以及经济效益，在点滴输液领域具有良好的实用性以及应用前景。

参考文献

[1]阎石.数字电子技术基础（第5 版）[M].高等教育出版社，2006.

[2]牛百齐.基于单片机的电容测量仪设计[J].仪器仪表用户，2005，12（04）：29-30

[3]华成英，童诗白.模拟电子技术基础（第4 版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]刘明亮.振荡器的原理和应用[M].北京： 高等教育出版社，1983.

[5]闫玉德等.MCS：51单片机原理与应用：C语言版[M].北京：机械工业出版社，2004.

[6]丁金林.智能LRC测量仪的设计[J].苏州市职业大学学报，2010（06）.

[7]李华等.MCS-51单片机实用接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[8]黄川.智能电阻、电容、电感测试仪设计[J].科技资讯，2009（08）.

[9]周民德.微机原理与接口技术[M].北京：人民邮电出版社，2002.

[10]刘新如何正确使用LRC测试仪测量电子元件[J].计量与测试技术，2006，33（05）：2-4.

作者简介

王洋（1997-），男，四川省资阳市人，大学本科学历。

黄其维（1996-）男，四川省南部县人。大学本科学历。

作者单位

乐山师范学院电子信息工程 四川省乐山市 614000endprint