基于nRF24L01的智能点滴输液报警器系统设计

施 啸，史雷萌，胡 威

（1.国华（江苏）风电有限公司，江苏 东台 224200；2.厦门理工学院 光电与通信工程学院，福建 厦门 361024；3.上海鸿杰科技有限公司，上海 200443）

0 引 言

随着医疗水平的不断提高，点滴输液已经成为现代临床医疗工作中最常用的治疗手段。在病人输液治疗的过程中，护士要及时为病人更换药液或是停止输液，这就需要护士经常在病房里巡查。这将耗费护士大量的时间与精力，导致护士难以照顾到每一位病人[1]。有些病人输液治疗还有朋友、家属进行陪护，大量陪客待在医院里，会给医院的管理工作带来人力上和财力上的巨大压力[2-3]。而且不少病人一天需要输入好几组药液，在长期卧床的情形下病人容易困乏乃至熟睡。当输液结束时，如若没能及时通知护士前来更换药液或是拔出针头，输液瓶中的空气可能会顺着输液管进入静脉血管造成空气栓塞[4-5]等问题，给病人带来重大安全隐患。

因此，本文基于嵌入式技术设计一种稳定、可靠、安全的智能点滴输液报警器系统[6-7]，实现对病人输液进度的实时监控。

1 系统整体设计

本智能点滴输液报警器系统的结构主要由病房从机子节点和护士站主机构成，依靠各个病房的从机子节点完成向护士站主机发送报警消息的任务。系统组成框图如图1所示。

图1 系统组成

2 硬件设计

智能点滴输液报警器硬件由病房从机子节点的检测控制和护士站主机的报警显示构成，包括液位检测模块、流速控制模块、无线通信模块、语音报警模块和LCD显示模块，主机和从机的核心处理器均采用STM32F103ZET6芯片。当病房从机子节点检测输液管内液位低于设定值后，控制舵机夹紧输液管控制流速，同时向护士站主机发出报警信号。主机接收到报警信号后，发出语音报警指令并在LCD屏幕上显示报警床位。系统整体硬件设计如图2所示。

图2 硬件设计框图

2.1 传感器设计

液位检测传感器采用的是电容式液位传感器，该传感器结构简单，安装方便，维护量少，灵敏度高，有着极高的稳定性和抗干扰能力，可实现对容器内液位高度非接触式检测[8]。液位检测传感器原理图如图3所示。

图3 液位检测传感器原理

2.2 流速控制设计

流速控制模块设计采用的是舵机控制方式。舵机结构紧凑，易于安装，有着控制简单、扭力大、成本低等多种优点，并且舵机输出平稳，能够通过夹紧输液管实现对流速的精准控制。

2.3 无线通信设计

无线通信设计采用的是nRF24L01无线通信模块。nRF24L01是一款由NORDIC公司推出的收发器件。该器件可以在2.4～2.5 GHz的ISM频段工作，有较强的抗干扰能力，其可选的频道很多，可以满足多点通信和调频通信的需要。nRF24L01无线通信模块原理图如图4所示。

图4 无线通信模块原理

2.4 报警器设计

报警器设计采用的是JQ8900语言模块，该模块集成了一个16位的MCU以及一个专门用于音频解码的DSP。JQ8900的硬解码方式可以保证系统的稳定与可靠[9]。当护士站主机接收到从机子节点的报警信号后，启动语音报警模块，提示护士去给该病房的病人更换药液或是停止输液。

2.5 屏幕显示设计

屏幕显示设计采用的是3.5英寸的TFTLCD液晶显示屏模块。TFTLCD是一种薄膜晶体管型液晶显示屏，该显示屏亮度好、对比度高、层次感强，屏幕信息颜色鲜艳，有着较高的安全性和可靠性[10]。TFTLCD液晶显示屏模块原理图如图5所示。

图5 TFTLCD显示模块原理

2.6 软件设计

系统软件开发主要基于Keil MDK5开发环境。程序依据模块化软件编程原则，划分为液位检测模块、流速控制模块、无线通信模块、语音报警模块和LCD显示模块。整体软件设计流程如图6所示。

图6 软件设计流程

3 仿真及测试

护士站主机可以看到所有病房里从机子节点的状态，如果主机接收到从机的报警信号，便会进行语音报警，同时LCD监测界面上会显示床位及报警信息。单个从机报警和多个从机报警状态分别如图7和图8所示。

图7 单个从机报警LCD检测显示界面

图8 多个从机报警LCD检测显示界面

4 结 语

随着经济的不断发展，医疗水平也在不断提高，开发一套智能点滴输液报警器系统，可以很好地改良当前医院里的点滴输液装置，大幅度减轻护士们的劳动负担[11]，让人们在治疗过程享受更加智能化和人性化的服务，具有较高的社会应用价值和意义。