点滴监控系统的设计
2021-07-05李静梁国政
李静 梁国政
（1.山西大同大学 山西省大同市 037009 2.北京信息科技大学 北京市 100101）
1 引言
目前关于点滴监控的方法有多种，比如：通电测量、测质量、红外光检测、超声波测量[1]和液滴数目测量等等，但是都有诸多的不足和弊端。本设计是采用对射式探测器来测量药液的流速，以51 单片机为核心的一个点滴监控系统。监控系统包含主机和从机，主机控制从机以及显示液滴流速和液滴流速键盘，从机通过电路检测液滴的流速以及对步进电机的控制，这样就给外界传达出不同的信息。
本设计使用“从站—主站”的方法来实现点滴监控系统报警。在实际应用中有很大的价值。本设计预期成果将会非常大地减少医务人员的工作量，并且能够为患者减轻不必要的担心与忧患。与此同时，也推动了医学现代化、信息化的发展，促进了临床医学的进步。
2 系统的硬件设计
2.1 系统框图
整个系统是以51 单片机为核心的监控系统，有主站和从站两个部分。从站主要的组成部分是：点滴信号的采集、信号的A/D转换、声光报警、外围电路和通信模块等；主站主要的组成部分是：键盘电路、数码管的显示、通信模块。如图1所示为硬件的框架。
图1：系统框图
2.2 从站系统
本设计的主控单位采用的是51 单片机，在众多的微型计算机中单片机是其中一种最特别的类别。它主要结构组成的五个部分分别是CPU、存储器、I/O 接口、I/O 设备和总线[2]。在从站的点滴检测单元，采用的是对射式红外传感器，其基本结构包括发射端和接收端等。传感器将这些测量的物理量用一定的方法转换成电流或电压信号[3]，便于记载和传导。如图2所示为液滴检测单元电路。
图2：液滴检测电路
在药液滴落时，对射式探测器发射端到接收端的光线传输被阻断，触发其产生小电流，最后通过R2把该电流转换成电压，经过R1后将它送到处理单元去解决。
对于报警电路来说，系统可以实现声和光的同时报警，它所选取的器械是属于从站模块的，在接收到信号时从站的处理单元会迅速做出相应的回应声光报警，与此同时主站也会接收到响应。如图3所示，分别是实现两种报警单元的电路。
图3：报警电路
步进电机单元的组成包括步进电机和电路部分。其作用是进行回血检测并产生相应动作，如果接收到回血信号，步进电机将旋转一定的角度夹住管道不让血回流到管内。驱动电路如图4所示。
图4：驱动电路
2.3 主站系统
在主站的键盘单元中，不管选取的硬件材料是哪一种，常见问题是抖动和重建[4]。关于抖动的问题，本设计采取成本较低的软件法，关于重建的问题，本设计采用连锁法，即在所有开关断开的状态下，只承认或者说识别第一个被按下的按键，对其他的按键不予理会，除非所有开关再次断开接着识别下一个。
在数码管显示模块中，单片机的数码显示管经常使用七段显示管，它使用了八个发光二极管，其中七个组成七个笔画另一个控制小数点[5]。
3 系统的软件设计
点滴监控系统的从站主要是单片机，而单片机是利用软件来进行各个系统的控制的，控制功能的实现取决于软件。从站的监控程序主要由许多个子程序和一个主程序构成，软件的核心就是主程序模块，子程序服务于主程序的同时能够互相合作式的进行完成整个设计所需要的工作，对其软件设计的部分主要包括液滴检测和报警单元两个部分。主站的软件设计主要在于输入键盘和数码管两个部分。如图5 为软件设计的流程图。
图5：软件设计流程图
4 实验结果
4.1 系统仿真实验
经过硬件方面和软件方面的设计，最后通过仿真软件对本设计进行了实际效果的预演，如图6所示为正常情况下显示液滴的流速（流速的上下限分别为80 和20）。
图6：正常工作仿真实验
如图7所示，当液滴的速度超过我们所设置的上下限范围时，灯亮，实现报警。
图7：滴速超限时仿真实验
当药液不再下滴的时候如图8所示，从仿真结果可以看出，灯亮，实现报警。同时，电机转动了一定角度。
图8：流速为零时仿真实验
最后进行回血情况仿真，如图9所示，可以看到，回血按钮按下的同时，电机转动，并发出了声光报警信号。
图9：回血情况下仿真实验
4.2 系统实物实验
经过仿真测试对本次设计的可行性验证后，按设计电路图选择元器件并进行了焊接，之后为焊接后的实物测试实验，能够正常工作，且能够实现仿真电路中所实验的全部功能。
5 总结
如今医学行业的发展健步如飞，当然就需要所相对应的医疗设备与服务。在当前的医院里静脉注射司空见惯，许多输液器材也都被搬进病房被广泛使用。本设计就为实现这一目标，原理是根据液滴的光学知识，用红外光线传感器对液滴实现计数和测速，经过本设计的研究和探讨说明还是可以实现的。笔者能力有限，对此设计仅仅源于生活所想，这个设计可能并不完美，还需增加更多远程控制的功能，从而在保证输液安全的同时也提高医务效率，还要改正一些功能的些许繁琐。这就需要更多的人来研究和探讨才能实现产品的价值。
