基于单片机的智能点滴输液控制系统设计

2020-10-09肖世金张涛卢涵宇

电脑知识与技术 2020年18期

肖世金张涛卢涵宇

摘要：针对人们打点滴过程输液速度监测与控制难的问题。本文设计了一种基于单片机的智能点滴输液控制系统，系统以PIC单片机为核心，辅以步进电机驱动、键盘、LCD显示、光电传感器采集数据等外围电路组成，实现了对点滴滴速的检测与控制、对储液瓶中液面体积的检测报警，并且动态显示输液速度。整个装置操作简单，成本低，实用性强。

关键词：单片机;智能点滴;输液控制;光电传感器

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）18-0211-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

随着我国计算机技术和通信技术发展和应用，医疗事业的智能化水平也逐渐提高。在大多数综合医院，输液护理的自动化程度和智能程度不高，传统输液过程中存在着输液速度不精、并且在出现针头堵塞，掉落速度异常、输液结束等时不易发现、需要人工监护从而耗费大量人力和时间等弊端，稍微不谨慎，易导致医疗事故发生。

本文设计了一种基于PIC单片机的点滴输液控制系统。系统能实现点滴输液速度检测与控制、异常情况的显示报警功能，实现系统管理的人性化，提高了医疗服务质量，及时满足病人的特殊需求等。

1 系统设计方案要求

本文设计的系统应用于实际生活中的临床医学，应能灵活操作，设置参数方面应能精确设置，检测数据方面要求达到的精确度更要高，抗干扰性要求高。所以设计遵循以下几个要求：（1）实时性：在短时间间隔内就能对系统进行检测;（2）可靠性：要以病人安全为中心，检测一旦出错就要及时做出处理;（3）准确性：检测出的滴速及数字化的部分一定要够准确;（4）灵活性和通用性：将具有不同功能的几个模块组合起来;（5）抗干扰性：在外界因素如光之类的影响下不受干扰。

2 主要硬件设计

2.1 主控电路

主控电路由单片机实现，最小系统就是让单片机实现正常工作所必须的最基本的电路条件。包括电源电路（+5V接vcc）、复位电路（采用按键复位、低电平有效）、时钟电路（晶振选择4MHZ）。原理如图1所示。

2.2 滴速检测电路

实现滴速实时检测，滴速检测是本次设计系统的重要部分之一，是否能准确地对滴速进行检测，还需要光电传感技术，本设计选择三枚红外发射管和一枚红外接收管配合组成一套传感器，如图2所示。

当没有液滴通过时，红外接收器将输出高电平，因为此时没有阻碍，是处于完全导通状态的。当有液滴通过时，则会产生不同程度的负向脉冲，并且脉冲的数量对应于液滴的数量。可以通过测量落在一分钟内的脉冲数来确定液滴速度。

2.3 点滴速度控制电路

脉冲数用来控制电机位移，脉冲频率用于控制速度，由单片机输出脉冲信号使电机正转或反转，控制输液管的夹紧程度，恢复滴速达到设定速度，步进电机不能直接连接到交流和直流电源，必须使用特殊的设备，也就是我们常说的步进电机驱动器。除了电动机本身的性能之外，步进电动机驱动系统的性能在很大程度上取决于驱动器。如图3所示。

2.4 键盘显示电路

本设计采用LCD1602 LCD液晶显示屏，可显示2行。引脚为8条数据线，控制线和电源线各三条。其中R/W是读写引脚。当引脚为1时，请阅读操作。当引脚为0时，写入操作，一般写入，因此引脚通常接地。

2.5 声光报警电路

声光报警模块主要通PIC16F877的I，0端口控制蜂鸣器和发光二极管。首先，设置固定数量的液滴作为报警信号，如果检测电路检测到设定值，PIC16 F877单片机会立即控制声光报警装置的报警并控制电机进入低速旋转模式，将警报信息准确地发送给医务人员。

2.6 滴速按键电路

在本点滴输液控制系统中，一共会用到八个独立按键，每个按键给个低电平启动，系统中的复位按键包含在最小系统中，RCO、RC1、RC2接口分别接滴速检测按键、对滴速的加减按键，如图4所示。

2.7 通信模块

本设计使用的通信模块主要是用到ESP8266，它是一款低功耗，高集成度的Wi-Fi芯片，仅需7个外围元件，工作温度范围宽：-400C至+1250C ESP8285-ESP8266封闭式8 Mbit闪存（ FIASH），也是一款非常便宜的Wi-Fi串行解决方案模块。它可以开发Arduino库，生成移动APP，也可以传输到后台计算机，进行报警和搜索。

2.8 电源电路

该系统所有芯片都需要+5V的工作电压，10节电池电压为12V，则需要7805稳压芯片。主要思路为变压一稳压。C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容，7805能提供小于1.5A的电流，足以满足芯片供电的要求。

3 系统软件与仿真

3.1系统软件程序

本系统的软件设计主要分五大模块：系统主程序模块、滴速检测程序模块、电机控制模块程序模块、键盘程序模块、声光报警程序模块。模拟滴度信号由滴数检测键给出模拟的滴数信号。该信号是一定的高低脉冲信号，通过相应的接口提供给PIC单片机，由PIC输出信号，经过一系列过程，最终键盘将会显示模拟检测到的滴速、设置的滴速。如图5所示

3.2 系统仿真

（1）首先打开Proteus 8 Professional软件进入New Project页面，找到元器件查询工具Component Mode，点击左边的P符号在Keywords里面将电阻、电容、PIC16F877型号单片机、蜂鸣器、电动机驱动芯片、LCD显示器等所需元器件添加在P符号下面的预览框里，最后将器件全部添加到编辑框里进行连线。

（2）在PIC系列单片机的专用开发环境MPIAB IDE 8.92下，以PICC编译器作为编译环境，通过完成配置后分别完成各个模块的代码编写，调试。

（3）编译成功后会自动生成HEX文件。依然打开之前在Proteus中连接好的电路图，点击PIC单片机芯片，进入属性，添加HEX文件，点击OK。

（4）检查、改错、显示无误后仿真结果如图6所示。电动机正常转动、LCD显示设定的滴速100（滴/min），电机特殊按钮进行电机正反转停止操作，通过点数检测按键进行滴数计数，10秒后检测到实际滴速。

4 结论

本论文主要是针对传统医疗点滴输液带来的问题提出的一种解决办法。本系统设计通过PIC单片机对各模块进行调节，能够准确地输入速度参数，通过LCD液晶显示器显示流速和滴数，当瓶中没有液體或超过设定速度时，通过报警和步进电机反转，控制下降速度。可靠的报警系统可以提高输液系统的安全性，可以让病人放心使用。

参考文献：

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[5]李静，胡一经.基于单片机的智能输液系统硬件电路设计[J].河南科技，2015（21）：150-151.

【通联编辑：光文玲】