基于STM32的智能输液监控系统*

黎恺敏，吴勇健

(河南科技大学信息工程学院，河南 洛阳 471000)

0 引言

静脉点滴属于现代临床医疗工作中一种非常重要的治疗方法。目前大部分医院的静脉点滴疗程依靠医护人员的巡查或病人以及家属的观察进行实时监控，以防出现医疗事故；同时有极少部分的私立医院引进智能输液系统进行监控，但是其成本高昂，只有部分病人选择使用。因此，本文基于STM32设计的智能输液监控系统通过传感器等实时监控输液过程，在一定程度上可以节省人力资源，降低医疗风险，并且相对于其他同类智能输液系统，此系统操作简便，结构简单，生产成本低，有利于在医院的推广使用。

1 系统总体方案设计

本系统的功能实现主要分为四个模块：数据获取模块、控制模块、显示模块以及警报模块。STM32主机在发出接收数据指令后，会收到数据获取模块反馈的药液温度，输液速度，药液是否注射完毕等信息，并通过显示模块和警报模块提醒医护人员和病人。同时，主机可以根据实际需求控制输液速度和药液温度。系统的总体方案设计如图1所示。

图1 系统的总体方案设计

2 硬件的设计

此智能输液监控系统采用STM32F103C8T6的最小系统板作为主控部分，系统由液滴监测模块、液速监测与控制模块、温度监测与加热模块、语音播报模块、TFT屏幕显示模块等模块构成，整个监控系统都由电源模块进行供电。

2.1 芯片的选用

本系统选用的主机核心芯片为STM32F103C8T6，是一款由意法半导体公司推出的基于Cortex-M3内核的32位微控制器，工作频率为72 MHz，具有丰富的通用I/O端口，内部有7个定时器，且含有丰富的通信接口[1]，且成本较低。

2.2 液速监测与控制模块

液速的监测设计运用的是LM393测速传感器模块，测速范围较宽，不易对检测物品造成损害，响应灵敏度高，尺寸较小，抗干扰性能强，检测的安全性也大大提高。液速监测模块的原理如图2所示。

图2 液速监测模块原理

液速的控制依靠的是舵机，舵机通过脉冲宽度来精确地控制所转角度，扭力大小，在不同负载条件下都能够保证所转角度的精确稳定，能够通过按键调节舵机的角度来调整输液速度的快慢。并且舵机价格低廉，体积较小，利于安装。

2.3 温度监测与加热模块

DS18B20数字温度传感器用于监测药液的温度，它用导热性高的密封橡胶粘合灌胶，因此，温度传感器具有较高的灵敏度和较小的温度延迟，传感器采用了“一线总线”的传输方式对被测温度进行传输，使系统抗干扰能力更强，精度更高[2]。

液滴瓶的温度主要通过继电器进行调节，首先用户可以提前通过按键设置液滴瓶的温度，当液滴瓶的实际温度低于系统预设温度时，系统中的继电器会对液滴瓶进行加热。继电器的电路如图3所示。

图3 继电器电路原理

2.4 输液完成监测模块

系统监测输液是否完成的模块中使用的传感器是优质的FR-04双面材料[3]，传感器面积较大，即监测范围较大，且使用寿命较长，结构简单，稳定性高，输出的信号干净，波形失真度小，同时在使用的过程中用户可以调节灵敏度。监测输液完成的模块原理如图4所示。

图4 输液完成监测模块的原理

2.5 语音播报模块

系统中的语音播报模块采用的是JQ8400FL10P语音模块，该模块拥有32 M的内存，支持一线和二线串口控制，24位DAC输出，内部通过DSP硬件解码，有7种播放模式，内置成熟的指令和指令解析，让模块工作更稳定，使用操作简单。

3 软件的设计

软件主要用Keil uCision5开发环境进行开发，根据程序逻辑编程，主要分为以下几大板块，运用定时器实时监测输液瓶的温度和输液状态，如果输液瓶的温度过低会触发定时器里的警报铃声，使用者可以使用按键打开继电器加热，保证输液状态的正常；运用定时器实时监测输液液滴的速度，使用者可以通过按键驱使舵机调节输液速度，屏幕会显示输液速度并且语音也会提示输液速度的快慢；系统实时监测输液是否完成，语音提示护士及时换液体或拔针。

系统总体软件的设计流程如图5所示。

图5 软件流程图

4 测试

对系统各部分的模块进行单独调试，各模块正常运作后，使用杜邦线将各模块进行连接。系统供电后，使用万用表测试各模块电压是否稳定，并利用示波器观察关键I/O口的波形是否正常；使用Keil uCision5对程序中关键变量的数值进行分析和修改，同时修复程序运行中出现的错误；记录系统在不同条件下测试的结果。

测试结果如下：病人正常输液，输液速度异常时，系统TFT屏幕显示如图6的(a)、(b)所示；输液速度正常时，系统TFT屏幕显示如图6(c)所示。输液完成，系统语音提示需要换液体或拔针，TFT屏幕显示如图6(d)所示。

图6 系统测试结果显示

5 结语

本文设计的智能输液监控系统通过温度传感器和液滴传感器实时监测病人的输液过程，并可根据病人实际情况对输液状态进行调节。多次的测试结果表明，此系统具有成本低和精度高[4]，工作稳定等优点。该智能输液监控系统，不仅可以使病人获得更好的医疗体验，并且可以减轻医护人员的工作负担，因此该产品的设计有望得到广泛的应用。