新型多功能输液支架设计

陈佳慧,王健飞,李晓磊

(1.菏泽医学专科学校,山东 菏泽 274000;2.菏泽学院,山东 菏泽 274000)

0 引言

在临床治疗过程中,输液支架是比较常用的医疗器械。目前,落地式输液支架和天轨悬挂式输液支架是最常见的2种类型。传统输液支架因其自身的固定性,限制了患者在输液时的活动自由,当患者前往卫生间或者下床活动时,通常需要本人或陪护人员高举输液袋,长时间手举容易出现手臂疲劳现象。为了实现输液支架的易移动性,有研究者提出了帽式移动输液支架和底部装有万向轮的落地式支架[1-3],二者均有可移动属性,但前者在使用时会给患者头部带来很大负担,在使用时不能低头,后者会因万向轮损坏而不够顺滑,推动输液支架时易出现侧倾现象。

针对上述问题,本文设计了一种新型多功能输液支架,旨在帮助患者在输液时行动更加方便。本设计利用单片机作为主控制器,在输液支架底部安装电机、电机驱动、橡胶车轮,采用无线遥控方式与单片机进行通信,通过单片机操控电机驱动,进而对电机进行灵活控制,实现对输液支架的移动控制,打破了在病房输液的空间局限性,能有效提升患者在输液过程中的活动体验。另外,本文设计的输液支架兼有输液提醒功能,当输液结束时蜂鸣器报警,能够有效预防输液结束未及时拔针血液回流现象,减小患者或陪护人员的心理压力,提高护理工作效率,降低医疗事故的发生率,给患者带来更好的治疗体验。

1 系统整体设计

为实现输液支架的最优化设计,本设计在原有输液支架基本结构(包含底座、主杆、高度调节旋钮、挂钩、拉手)基础上,增加了主控制器模块、电机驱动模块、无线遥控模块、输液检测报警模块等内容。单片机作为主控制器控制外围电路,包括与无线遥控模块进行信息通信、控制电机驱动模块以及处理输液检测模块采集的信息,从而达到输液支架移动灵活和及时预警的目的。

2 硬件设计

2.1 主控制器模块

本设计选用STC89C52型号单片机作为主控制器,该型号单片机具有功耗低、抗干扰性强、运行速度快等特点。单片机内部含有中央处理器、片内Flash程序存储器、数据存储器、定时/计数器、I/O(输入/输出)接口、EEPROM等功能模块[4]。单片机与复位电路、晶振电路组成了单片机运行时的最小系统,硬件电路如图1所示。本设计中单片机是处理器的核心,可实现数据采集、处理和控制其他模块电路的功能。

图1 单片机最小系统电路

2.2 电机驱动模块

本设计采用双桥H电机驱动模块,体积小、质量轻、可低功耗待机,能同时驱动2个直流电机,可以实现正转、反转及调速功能。供电电压5～35 V,最大功率25 W,每路电流能够达到2 A持续电流,峰值电流可达3 A,内置带有迟滞效应的过热保护电路,防止电机堵转烧坏。模块中控制信号输入端IN1、IN2、IN3、IN4接单片机的I/O接口P2.0—P2.3,输出端MOTOR A+、MOTOR A-、MOTOR B+、MOTOR B-端接左、右2路直流电机[5],IN1和IN2、IN3和IN4独立驱动左、右2路电机,电机驱动模块连接电路如图2所示,电机驱动状态逻辑真值如表1所示。

表1 直流电机驱动逻辑真值

图2 电机驱动模块连接电路

2.3 无线遥控模块

无线遥控模块由发射模块和超外差带解码接收模块组成,工作频率为433 MHz,采用数编码调制技术,功耗低、灵敏度高、抗干扰性强。解码端为工业级单片机高电平输出,兼容性强,工作模式可根据需求通过控制模块对码操作设置,可以设置为自锁、非锁、互锁模式。接收模块由12个引脚组成,AT为天线接口,V+、V-为电源接口,P1为线控端总开关,Q1—Q6为信号输出接口,分别接单片机的P1.1—P1.6,其硬件电路连接方式如图3所示。本设计中Q7—Q8空置,对码成功后,按下遥控器的相应按键,接收模块相应的输出端解码高电平,单片机接收信号后输出相应信号,通过电机驱动模块控制输液支架的移动。

图3 无线遥控模块连接电路

2.4 输液检测报警模块

本设计选用非接触式液体传感器检测输液管内药液流动情况。该传感器能够隔着非金属管道检测具有电导率的液体,无需接触液体即可完成在管道外检测内部有无液体,安装简单方便,不受液体、管道颜色影响,灵敏度可调节。模块中VCC、GND为电源接口,OUT为信号输出端,MODE为信号选择端,MODE悬空时,正输出/常开输出,MODE与GND接地短接,反输出/常闭输出。报警装置由蜂鸣器电路组成,当输液管中没有液体流动时,蜂鸣器发出报警提醒,输液检测报警模块连接电路如图4所示。

图4 输液检测报警模块连接电路

3 软件设计

软件算法设计主要由子模块初始化程序、无线遥控循环检测程序、电机驱动程序、液体检测程序、报警程序5部分组成,其中,液体检测报警程序通过外部中断服务0程序触发运行(设置负跳变触发方式),软件算法设计具体如下:

(1)初始化接收模块RX-Q6、无线遥控循环检测程序、电机驱动程序;

(2)开启总中断,循环运行步骤(3)、步骤(4),若在执行程序过程中,液体检测传感器OUT输出端从高电平输出转换成低电平输出时,即触发外部中断程序,停止执行当前程序,执行步骤(5)外部中断服务程序;

(3)运行无线遥控循环检测程序,并处理检测数据;

(4)根据处理后的数据,执行相应的电机驱动程序,控制输液支架移动;

(5)中断服务程序,运行蜂鸣器报警程序,当检测到报警信号消除时,返回到中断服务程序前的程序语句继续执行程序。

4 测试与分析

本文在硬件和软件设计完成的基础上,对多功能输液支架进行了性能测试。实际测试证明,本文设计的新型多功能输液支架实现了预期目标,患者在使用输液支架活动时,可以通过无线遥控装置灵活控制输液支架的移动,起到很好的助力作用,有效降低了手举药液袋、输液杆支架的疲劳感,而且有利于患者的康复训练。同时,输液检测报警功能对当前输液结束状态起到了很好的提示作用,提醒医护人员及时换瓶或拔针,有效避免了输液结束却未及时发现而引起血液回流的现象,提高了护理服务质量,为患者带来更好的治疗体验。

5 结语

本文以STC89C52型号单片机为核心设计了一款新型多功能输液支架,具有移动功能、输液检测报警功能,能够有效提升患者在输液过程中的活动体验感,降低患者或陪护人员的心理压力,提高医护人员的工作效率,具有较高的实用性。新型多功能输液支架与传统的输液支架相比,更加智能、安全、高效,在临床治疗中有较好的应用前景。