基于MQTT的智能输液系统设计

汪婕 钟麟 高宽翔

摘要：输液是常见的治疗方式，静脉输液的监控常采用人工目测，但由于输液滴注速度受多种因素影响，难以保持恒定速度，经常出现时快时慢，导致出现停止滴注甚至回血的情况。输液完成时，如未及时更换输液或拔出针头，轻则影响疗效，重则发生严重的医疗事故。因此，改进和优化输液监测与报警系统，并且要求结构简单，能实现自动化是目前亟须解决的重要技术问题。文章基于MQTT设计的智能输液系统，由上位机和下位机共同构成，能够实时检测输液进度并在上位机显示，通过上位机控制下位机输液速度和警报，上位机实时更新患者和药品信息并存储。系统可实现更科学、高效的输液管理，协助医护人员创造更好的医疗环境，具有广泛的市场前景和实用价值。

关键词：非接触；报警；静脉输液

中图分类号：TP319文献标志码：A

0 引言

临床最重要的治疗方式之一就是静脉输液，静脉输液工作时间占据了护士每天工作时间的75%以上。但因滴速异常和换液不及时等问题也使输液治疗为人们所诟病，液体滴速异常不仅影响药效，还引发药物不良反应。因此，需要对输液进行更加科学系统的检测与管理，本文设计的智能输液系统能够实时检测输液进度，远程控制输液速度，在输液即将完成时进行示警，并将病患信息及时更新到文件中，具有较高的实用价值。整套设备的成本较低，易于迁移，具有较为广泛的市场前景。

1 系统硬件设计

1.1 主控模块

主控模块选用的处理芯片是ESP8266，其核心是AT指令集与MQTT协议，该核心的功能较为强大，不仅能够作为一个单独模块进行開发设计，独立应用［1］，还可以作为WiFi模块使用，具有天线开关、射频balun、功率放大器、低噪声放大器、滤波器和电源管理模块。在本设计中，此芯片主要负责接收PC端信息，从而控制电机的旋转角度，实现对输液速度的控制。其功能原理如图1所示。

1.2 液位检测模块

选用XH-M208非接触式液位感应器完成液位检测工作，该液位传感器的原理是通过改变电容的大小来表示液面是否高于/低于该检测位，包括一个高频振荡器，由两个金属电极构成其传感表面。一旦物体靠近感应表面，它就会移动到电极的静电场中并改变振荡器的电容。因此，一旦达到一定幅度，振荡器电路将开始振荡并改变传感器的输出条件；一旦目标远离电容传感器，振荡器的振幅就会减小，从而将电容传感器切换回原始位置，最终实现非接触的液位检测［2］。

1.3 流速控制模块

选用当前技术相对成熟的MG995伺服电机组成控制模块，通过程序设定的固定输液速度，在上位机端发布指令调节伺服电机的角度，配合3D打印模型对输液管进行一定程度的夹持；通过软件设置不同脉冲的步进度数，实现对输液速度的精准控制。

1.4 报警模块

ZK-3A是可孚公司生产的一款输液报警装置，比传统输液报警装置体积更小，且移植性好，只需夹持在输液管上即可使用。使用过程中，当输液完成时蜂鸣器报警，分贝达85 dB，且红灯闪烁，可夜间使用，分贝适中，既可做到提醒，又不会打扰到其他病人的正常休息，待机时间长，符合本系统的设计需求。

1.5 WiFi模块

ESP8266是一款超低功耗的UART WiFi透传模块，可将用户的物理设备连接到WiFi 无线网络上，进行互联网或局域网通信，实现联网功能。ESP8266模块成本低、使用简便、功能强大，通过串口AT指令与单片机通信，实现串口透传，不同协议之间的转换（如串口到WiFi、蓝牙等）由模块完成，应用在本系统中完成信号的传输工作。

2 系统软件设计

2.1 系统软件流程

程序设计分为界面设计、通信协议、上位机程序3个部分。其中，MQTT协议通信距离可达几百米，能够及时将输液信息通知医护人员［3］。本系统程序设计使用两块ESP8266模块独立运作，一块用于采集液位信息并通过WiFi上传至群组，另一块用于读取群组信息，从而实现两块独立ESP8266的信息互通。软件流程如图2所示。

2.2 上位机设计

本系统使用纯Python图形GUI库进行显示模块的设计。使用序列号来对病人信息进行区分，避免程序在数据读取时出现误读的情况。上位机显示界面中包括病人信息、处方编号、负责医生等信息，通过读取特定的信息表格内容更新上位机的显示，在此信息表格中可以进行病患信息的更改。为使输液速度可视化，本系统在界面的上部设置一个流速控制条形框显示流速［4］。综合考虑各种特殊情况，对输液的流速控制可手动设置为0，流速控制条下方的输液进度显示输液完成度［5］。上位机界面如图3所示，具体功能如下。

（1）流速控制条有5种模式，分别是停止、低速、中速、高速和全速，当输液即将完成时，上位机自动控制下位机停止输液。

（2）输液进度栏显示当前的输液进度，当输液完成时，显示输液完成。

（3）具体信息栏分为病人基本信息和医院附加信息，两栏分开显示。

（4）关闭报警按钮控制的是报警器的状态，可远程关闭警报。

2.3 数据存储

为了能随时查看病人的输液信息，本系统设计了信息存储文件夹，该文件夹内包含系统的主程序、界面程序、硬件程序和病人信息表格。其中，以news命名的Excel文件存储的是病人的基本信息，医生可以在文件中录入或修正患者信息，保存后可以在上位机中完成信息的更新与显示。以record命名的Excel文件中记录了病人输液的起止时间，由Python程序创建，每次输液完成后，文件自动更新输液开始和结束的时间，以供医护人员随时查询。

3 结语

当前，国内智慧医疗每年实际投入资金仅占医院总收入的0.3%～0.5%，发达国家普遍达到3%～5%，国内智慧医疗市场仍有提升空间。本文设计的系统能够实现更加科学、高效的输液管理，可以协助医护人员打造更好的医疗环境。相信智慧输液设备也将在医院得到广泛应用，万物互联这一想法也将随之落地。

参考文献

［1］于向英，王永珍，孙孝红.新型弹簧输液报警器的研制与应用［J］.实用护理杂志，2003（12）：26.

［2］王辉，谢欣苇，刘正跃，等.156所综合性医院住院患者静脉输液指标的综合分析［J］.药学实践杂志，2017（6）：573-576.

［3］陈晋涛.浅析外周静脉留置针堵管的原因及护理措施［J］.基层医学论坛，2015（S1）：125-126.

［4］冉琼，张成贵，唐佳玉，等.护士、医生与临床药师合作处理静脉输液相关药患纠纷的实践［J］.中华护理杂志，2013（3）：228-230.

［5］王小敏，谭喜莹.374份静脉滴注药品说明书中滴速、输液器具及配置时限项标注情况分析［J］.中国药业，2021（13）：19-22.

（编辑 沈 强）