单片机测控系统在医疗护理中的应用研究

王衍森

（青岛市第五人民医院，山东 青岛 266002）

将单片机测控系统应用于医院护理工作中，可以解决护理中的人工失误，确保病人的安全。并且该系统成本低，操作方便快捷，还有利于提高医院护理水平，具有很好的利用价值。

1 系统整体设计

该智能输液监控系统主要由智能控制装置（下位机）、无线网络传输装置和远程监控平台（上位机）三部分组成。（1）智能控制装置通过智能按键预设点滴的流速，并通过红外发射接收装置对点滴的流速进行实时监控。当点滴的实际流速和预设流速出现较大的差异时，监控系统会利用步进电机装置将流速进行自动调整，使其与设定流速相匹配；（2）智能输液监控系统还对输液瓶中的液体水平位置进行监控，当液位明显低于预设的警戒线时，监控系统会通过声光报警的方式吸引医护人员注意。与此同时，系统还会向远程监控平台发出信号，提醒医护人员及时更换液体。该智能系统还会将需要更换液体的病床具体位置标出。医务人员在接到报警提醒以后，可以通过远程监控平台发出指令，利用步进电机装置暂停输液。总之，智能输液监控系统利用无线传输模块将各个病房与总站监控相连，实施数据通讯。总站监控器通过PC 端和USB 接口的连接，实现通信功能。

2 系统的硬件设计

智能输液监控装置是系统的硬件支撑。它由主控单元、流速检测电路、液位监测电路、步进电机装置、声光报警、无线传输模块、按键电路、显示电路等组成。其硬件电路包括PC 机、总站监控器、USB 适配器和无线传输模块。

2.1 输液流速和液位监测电路

（1）该系统采用红外发射接受装置来实现对输液的测控，避免电子元件直接接触输液液体。本系统的红外发射接收装置，采用将红外发光二极管和TFMS5380 放在滴斗两侧，液体从中间流过。当液体持续流过时，液体对红外光形成反射，同时吸收了较多的红外光，TFMS5380 中的光电管收到的光强较弱，其三脚输出高电平，传递到STM32F103X 单片机的P1.0 端口；当没有液体流过时，红外发光二极管发出的红外光缺少了液体的阻挡和反射，会使TFMS5380 的光电管接收到较多的红外光，会发出较强的光电流。TFMS5380 的3脚输出低电平，传递给STM32F103X 单片机的P1.0 端口；通过这样的测速方式，STM32F103X 单片机通过对液体每秒的流速进行测算，将结果传送到远程监控平台。

（2）对输液瓶的液位进行测控时，当液位降到警戒线以下，红外光由于缺少液体的遮挡，全部照射到红外接收装置上，TFMS5380 的3脚产生电压跳变，发出声光报警并向远程监控平台发出信号，标明具体位置，对医护人员作出换药提醒。

2.2 步进电机驱动电路

步进电机装置和驱动电路的主要职责是，对输液液体流速进行控制，收到指令后执行关闭任务。该工作原理是，将STM32F103X 单片机作为控制芯片，把按键电路输入的液体流速预设值传送到单片机，单片机会根据液体实际流速和测控的流速对比，来指挥电机驱动电路的工作。步进电机装置分为正转、反转、停止、继续和暂停5种工作状态，会按照监控系统对液体流速的测控自动调节流速。电机驱动电路选用L298N，内部包含四通道逻辑驱动电路。它是一种二相和四相电机的专用驱动器，里面有两个H 桥的高电压、大电流双全桥式驱动器。其内部H 桥驱动电路工作原理见图1。

图1 电机驱动电路工作原理

该电机驱动电路同一侧的两个晶体管不能同时导通。T1、T4 导通，T2、T3 停止，电机正流进入T4，电机正转；当T2、T3 导通，T1、T4 停止，电流反转；当T1 和T3 或T2和T4 同时导通时，电机处于制动（刹车）状态。

2.3 无线传输模块

智能输液监控装置系统通过无线传输模块，完成了预设流速、实测流速、液位、紧急情况等信息到远程监控平台的传输。医护人员通过对这些数据的查看和分析就可以对每个患者的输液情况进行了解，并提供相应的护理。在收到液体低于警戒线的报警信号时，医护人员可以通过远程监控平台发出断液的指令。这一指令是通过无线传输模块传送到STM32F103X 单片机，控制步进电击装置关闭输液程序。该系统选用了2 块ESP8266 无线模块，其中一块与STM32F103X单片机的串口连接作为Client 端；另一块和总站监控器的串口连接作为Server 端，保证上下位机间的数据传输。选用ESP8266 的原因，是因为它具有强大的传输功能，支持softAP 模式、station 模式并能够兼容。通过它可以实现系统组网和网络拓展，也就是可以用一个Server 端同时监控多个Client 端，实现总站和分站之间的沟通。

2.4 声光报警电路

声光报警电路主要是用于输液瓶液体用光的预警。通过预设输液瓶液位警戒线，当液位达到警戒线以下时，红外光没有了液体的遮挡，光线会直接照射到红外线接收装置上，TFMS5380 的三脚产生电压变跳，将信号传送到下位机的STM32F103X 单片机，单片机P2.3 端口输出高电平，传送到声光报警电路中NE555 中，引发蜂鸣器报警。同时，发光二极管会发出发光报警。这就是声光报警电路的设计原理（如图2）。

3 系统的软件设计

智能输液监控系统软件设计，包括智能输液监控装置和远程监控平台两部分。智能输液监控装置的软件设计，利用了C 语言编程技术，PC 上位机的远程监控平台则选用C#语言技术。智能输液监控系统软件，主要负责输液数据采集、通讯，例如预设流速、流速监控、液位监测、报警等。系统软件在应用时，首先开机完成初始化，接着对键盘输入状态进行查询，对液体流速进行测量，启动流速测量子程序，显示流速；接着根据预设流速和实测流速的数值差，计算电机的转向和转速，同时对流速进行自动调节。控制软件在液滴流过时，触发中断程序，以此来计算流速并不断地更新显示新的流速统计结果。同时，对液体液位进行监测，在低于警戒线以下时，会触发报警装置。远程监控平台系统的管理界面包括输液流速实施监控区、剩余量监控区、系统运行状态、患者个人信息等多个内容。输液流速实时监控区对设定和实测流速进行显示，方便医护人员对患者的输液情况进行及时的了解。同时，计算机软件系统配有大容量的数据库，其中涵盖了患者信息、病因、病情、用药注意事项和诊断说明等多个翔实的内容。系统还兼有报警和信息查询功能，界面设计简洁、使用，方便操作。比如，当某位患者的输液液位低于警戒线之下时，系统会触发报警，患者既可以手动断液，并按下呼叫按钮，求助远程监控平台；医护人员可根据系统界面弹出的窗口提醒，发出远程断液指令，及时更换液体。

图2 声光报警电路

4 结语

本系统采用了嵌入式STM32 核心技术，系统设备结构简单，成本低，易于操作。可以实现输液的自动测控，为患者的安全性提供了保证，有效地避免了一些医疗事故的发生。保证了医护人员的工作效率，也提高了医院护理和管理的自动化水平。通过实验测试，该系统较稳定，反应速度快，具有一定的使用价值，可以被广泛应用到医院护理工作中。