智能输液监控系统设计

无锡职业技术学院 雍嘉鑫 陆伟

近年来，随着我国物联网技术的发展和应用，医疗设备越来越智能化。传统的静脉输液主要是依靠人工控制和监视，需要耗费大量人力和时间。本文设计的智能输液系统采用STC89C52单片机作为核心处理器，对是否有滴液、点滴速度进行实时监控。当检测到异常情况，设备进行声光报警，提醒患者或陪护人员，同时系统也会通过无线通信模块将监控的数据上传至上位机显示报警信息，通知医护人员及时进行处理，对输液情况进行实时监控。

本设计采用上位机下位机架构，下位机采用STC89C52单片机为核心处理器，选用红外对管等传感器，对采集输液过程中是否有滴液、点滴速度等关键参数进行合理预置，并实时监测采集这些关键参数，对采集的数据进行分析，判断数据是否在预置的合理范围内。同时通过无线通信接口，将信息及时传输到PC上位机并显示，当所检测参数出现异常时，上位机下位机同时报警，提醒患者和陪护人员注意，并提醒医护人员输液现场有异常情况需要处理。

1 系统总体组成

智能输液监控系统（下位机）主要由STC89C52主控模块、点滴信号检测模块、点滴速度测量模块、显示模块、报警模块、按钮模块、无线数据传输模块等组成[1]。下位机系统总体设计框图如图1所示。

图1 系统整体组成框图Fig.1 Block diagram of overall composition of the system

2 系统硬件设计

2.1 主控模块

本设计选用STC89C52单片机为核心控制元件。STC89 C52单片机低功耗，8位CPU，可编程Flash，主MCU的工作电压一般设为5伏，工作频率范围为0～40MHz，通用I/O端口（32）复位，当用作总线扩展时，无需添加上拉电阻。本设计中，单片机起到控制作用，对按键输入信息进行保存，对点滴信号检测模块和点滴速度检测模块的信息进行计算和对比后输出信息控制声光报警器和无线通信模块。外接时钟电路和复位电路，构成了一个52单片机的最小应用系统，单片机最小系统如图2所示。

图2 单片机最小系统Fig.2 Microcontroller minimum system

2.2 点滴信号检测模块

该模块用于实时监测是否存在液滴。采用了红外对管检测电路，由红外对管和LM393双电压比较器集成电路组成，如图3所示。在没有液滴的情况下，红外发射管发射出来的红外线大部分被红外接收管接收到，使接收管电阻变小，接收管两端的压降也变小。当有药液滴下时，接收管接收不到或者只能接收到很小一部分的红外线，接收管电阻增大，相应接收管两端压降也增大。LM393的同相输入端设置为基准电压，当与红外对管相连的反相输入端的压降大于正相输入端的压降时，LM393的输出端输出为低电平，这样就实现了检测是否有液滴滴下的功能。

图3 点滴信号检测电路Fig.3 Drip signal detection circuit

2.3 点滴速度测量模块

该模块主要包括了两对红外发射器和接收器，应用了红外线发射与接收原理，发射器之间的距离L是已知的。在操作过程中，两个发射器同时发射红外辐射，当接收方第一次检测到红外线时，记录时间t1，这次，当检测到第二个红外线时，记录此时的时间t2，计算出两次记录间隔的时间差。由于时间差是液体的移动距离为L的时间，因此可以获得液体的移动速度[2]。

根据需求设定好输液滴数（20～99滴/分）和输液总量，并在显示模块上显示；点滴速度阈值设置要提前设置好，而且由相应的按钮可以改变输液速度的快慢以及控制输液的启停；当输液速度处在较低低速时可以在显示器上显示出来，当速度超过阀值时，会自动报警。

2.4 按钮模块

按钮模块主要用于实现滴速阈值设置。采用独立按钮设计，将独立按钮直接连接到单片机的引脚，并将单片机引脚设置为相应的上升或下降沿操作模式。按此按钮可将单片机转移到相应的处理功能以执行。用SET键设置液滴速度阀值，对于不同药物的滴液可以通过加键、减键加大或减小液滴速度阀值。

2.5 报警模块

在发生异常情况时下位机系统会通过声光报警形式进行报警，提醒医护人员，报警电路如图4所示。报警电路由蜂鸣器、发光二极管和晶体管构成的，单片机的P13口接入报警系统，采用NPN结构，其作用相当于开关。

图4 声光报警电路Fig.4 Acousto-optic alarm circuit

3 系统软件设计

下机软件程序开发以Windows10作为操作系统平台，使用Keiluvision5集成开发环境完成开发，程序采用C语言编写。程序流程图如图5所示。系统初始化后，通过按键模块设置参数，首先检测采样是否有滴液，如果没有滴液下位机直接报警，如果有滴液就检测采样滴速，如果滴速正常，则继续检测采样，否则启动声光报警程序[3]，下位机程序。

图5 下位机程序流程图Fig.5 Program flow chart of lower computer

上位机程序流程图如图6所示，上位机程序用C++编程语言编写。主要用来显示下位机采集到的信息，特别是报警信息的显示。

图6 上位机程序流程图Fig.6 Program flow chart of upper computer

4 结语

本文设计了一种基于STC89C52单片机的智能输液监控系统，系统采用上位机和下位机的架构设计。下位机的功能是检测是否有滴液并计算滴液速度，当检测到跌落滴液速度异常时，可以自动实现声光报警，上位机PC作为信息接收终端，通过无线通信模块和下位机进行信息的实时传输。系统具有数据监控、信息传输以及异常情况报警等功能。该设计能够减轻陪护家属和医务人员的负担，具有较高的实用价值和应用前景。

引用

[1]肖玮.液体点滴的无线智能监测系统设计与实现[D].北京:电子测量技术,2008:311-316.

[2]程剑锋.接触式液面检测系统[D].山西:机械工程与自动化, 2009:243-253.

[3]叶东毅.C语言程序设计教程[M].福建:厦门大学出版社,2014: 157-161.