基于单片机静脉输液监控系统的设计
摘要： 本次设计研究基于单片机STC89C52的医院住院病人静脉输液监控系统的设计，目的主要是为了病人可以主动报警、输液液体所剩的余量的计算、输液液滴速度的及时监测、输液液滴速度的异常报警、设置系统的报警参数等的主要基本功能。静脉输液系统设计主要是使用信号采集和中心报警两种方式的组合方式，信号使用NRF2401无线传输接收器进行的无线传送，当中的信号采集板以电源端、点滴异常检测模块、液晶屏显示模块、参数的设定、晶振电路和复位电路几部分的组成。静脉输液液滴的检测模块通过红外对管来完成，当有液滴通过时会有产生发出一个信号脉冲，计时器就开始计数工作；还要使用液晶显示，这样可以显示液滴的即时速度、瓶内液体的剩余液量；中心报警端主要由电源端、显示端、报警系统模块、晶振电路和复位电路几部分来构建完成的。显示模块主要采用液晶屏显示病人发出报警的相对具体位置。信号采集板和中心报警版之间是通过使用NRF2401无线传输接收器来实现无线传输的。
关键字：红外对管；STC89C52；NRT2401；液滴检测
Design of Intravenous Infusion Monitoring System Based on Single Chip Microcomputer
Abstract：This design research based on microcontroller STC89C52 hospital inpatient intravenous infusion monitoring system hardware design, realized the patients take the initiative to call the police, calculation of quantity of liquid remaining, real-time measuring speed, speed too slow alarm, set the alarm parameters of the basic functions, such as using signal acquisition terminal and center alarm combination, signal by NRF2401 wireless transmission, the signal acquisition boards by the power supply module, the bit detection module, liquid crystal display, parameter setting, crystals circuit and reset circuit. The liquid drop detection module is realized by infrared tube. When the droplet is passed, there will be a signal pulse and timer count. LCD1602 is used for liquid crystal display, which can display real-time velocity and liquid residue. The center alarm board consists of power module, display module, alarm system, crystal oscillator circuit and reset circuit. The display module mainly USES the digital tube to display the specific alarm location. NRF2401 wireless transmission between signal acquisition board and center alarm version.
Keywords：infrared diode；stc89c52；nrf2401；droplet detection
目 录
第一章 绪论 1
1．1 课题背景 1
1．2 发展现状 1
1．3 研究内容和方向 3
第二章 静脉输液监控系统的总体方案计 5
2.1 系统总体方案设计 5
2．2 系统结构以及流程图 5
2.3 元器件的选择及特点 6
第三章 系统硬件设计 10
3.1 信号采集板电路设计以及连接分布 10
3.2 中心报警板电路设计以及连接分布 11
3.3 晶振电路以及连接分布 12
3.4 复位电路以及连接分布 12
3.5 液滴模块电路设计以及连接分布 12
3.6 显示电路设计以及连接分布 13
3.7 按键电路设计以及连接分布 14
3.8 声光报警电路设计以及连接分布 14
3.9 电源电路设计以及连接分布 15
3.10 无线模块以及连接分布 15
第四章 系统软件设计 16
4.1 发射模式总流程图 16
4.2 LCD1602程序设计流程图 17
4.3 接收模式总流程图 18
第五章 总结 19
参 考 文 献 20
致 谢 21
附录A 电路原理图 22
附录B 部分程序清单 23
第一章 绪论
1．1 课题背景
春姑娘果然是多变的，昨天还穿短袖，今天就要穿毛衣了，经不住天气的变化，终于在春姑娘的细心“照料”下，我感冒了，去医院检查，医生说需要进行静脉输液治疗，在打点滴的过程中，看到有一个女孩也在注射治疗，她有人在陪同，快注射完的时候，陪同跑到护士站叫工作人员帮女孩换药，看到这，我就在想，像我这样一个人来医院注射治疗，没有陪同，如果我睡着了或者医生离得远，听不到我的呼喊怎么办。打完点滴回来查阅了很多资料，发现有这种静脉输液监控系统的装置，便详细的阅读了一下。到现在为止我国现在社会人口老龄化的问题比较突出。在天气变化反复无常或者是意外得发生，人们的身体健康问题成为国内外共同面对的问题。健康问题的出现，避免不了使用静脉输液系统来帮助人们恢复身体健康。现如今医院各地使用的都普遍的传统静脉输液系统来进行治疗。传统的静脉输液系统，只能通过手动拨动调节输液速度开关来调节液滴的流速，因为每个人的体质不同，能承受的液体流速的度也不一样。尤其是有病人病情必要严格管制输液液滴流速，现在控制液滴流速的方法只能依靠医院工作人员的工作经验来调节，或是病人清醒时或有家属陪同时，看着输液是否完成来呼喊医护人员进行处理，是否拔针或是加药。这种方法十分不方便，而且当液体输完，没有及时处理会导致输液管空管，从而导致病人血液回流到空管中，严重时会导致病人输液处肿胀，甚至是会造成病人生命财产安全出现问题，从而触发医患关系问题。对患者来说生命安全构成威胁，对医生来说，要随时观察输液情况，工作量直线上升，给他们构成很大的压力，也会让他们提心吊胆，精神得不到放松，不利于接下来的工作。
根据这些，我们的一些学者、工作人员便研究和发明了这种可以减轻医生们的工作量，减少病人二次受伤的系统装置，取名为智能输液系统的装置，这种装置可以代替病人或者是病人家属一直看着、盯着输液是否完成呼喊医生的工作，而且也解决了医生工作量大、精神紧绷的问题，使医生们有更多的时间来解决其他病人问题。这种装置可以表示出输液量的多少、输液病床距离的远近、病人病床床位分散和不同病人的输液状况。省时省力，减轻医生工作量，减少医疗事故发生尤为突出的特点。
1．2 发展现状
世界外各大研究学会为了减少静脉输液治疗过程中医院工作人员得工作强度，同时降低减静脉输液治疗过程中输液管药液注射完，输液管产生空管时处理不及时给患者生命财产安全带来的隐患，将大量的时间、金钱和精力投入到了智能监控设备的开发和改进上。其实早就有类似的发明，有些不太全面不太完善，学者和研究者们都在一点一点的改善，就目前来说静脉输液系统主要历经了四个时代。
主要是机械式的静脉输液监控系统、电容式的静脉输液监控系统、电极式静脉输液监控系统跟现在用韵较普遍的光电式静脉输液监控系统。以下一下稍微详细的介绍下这四种监控系统。
(1)机械式的静脉输液监控系统
机械式的静脉输液监控系统设备出现的时间相对于其他监控系统要早，这种系统主要是利用输液过程中瓶内的药液的逐渐减少而使得输液瓶瓶身重量变轻，也就是使用称量物体重量的方法来计算检测测量输液瓶内的药余量地变化，然后达到此监控系统的目的[6]。但是又因为药液不同重量也就不同，输液瓶得制造材质不同，重量也不同所出现的计算不精确的好多问题。
(2)电容式的静脉输液监控系统
每一样东西的问世，总是会有不足，机械式的静脉输液监控系统的问世满足不了学者最初的愿景，因为其还存在许多问题，所以电容式的静脉输液监控系统便被发明出来了，它的工作原理是由于输液过程中药液液体在输液瓶中的液面慢慢低降低，更具输液瓶中的电容长度变化，检测瓶内液体剩余。两种监控系统相比较下，电容式的静脉输液监控系统实用性跟准确性都得到了大大地程度的提升，可还是存在因为输液瓶大小不一、输液瓶材质的问题导致的测量标准不统一等等等等问题。
(3)电极式静脉输液监控系统
电极式静脉输液监控系统的问世相比前两种的静脉输液监控系统的方式准确性得到了相对更进一步的提高和改善，同时吧，设计比较简单尤其是可操作性很强大。它的原理就是将电极插入莫菲式管之中，利用药液液体下落过程带给电极极性中断得影响，从而达到对病人输液点滴过程中输液瓶内药液所剩量进行监控检测的目的。可是它还是存在一些问题，也是一个很重要的问题，就是它要插在药液之中，在卫生安全方面不达标。
(4)光电式静脉输液监控系统
由于以上问题的出现，学者们又一一攻破，研发创造了光电式静脉输液监控系统，光电式静脉输液监测法是就如今而言学者们比较满意，国内外各大医院更加愿意采用的一种监控方法，它集齐了以上是三种方式得几乎所有有点，不论是在卫生上还是可操作性上都比较安全和强大，准确性也相对来说比较准，使用方法简单方便等等特点。原理是在电极式静脉输液监控系统的基础下在莫菲式管的外壁两面安上了一对红外对管，让它来接收信号和发射信号，当输液液滴在下落过程中阻碍或是中断了红外对管的信号交流时，就会产生弱弱弱的电信号，然后再对这个所接收的电信号进行放大处理后得到输液液滴的实时流速，在通过一些计算系统就可以对瓶中的药液液体体积雨量进行实时的监控。
在参考和借鉴学者们发明的静脉输液监控系统的原理和经验下，我本次的毕业设计实验将采用四种是相比较下较为优秀的光电式静脉输液监控系统。但是因为此次设计中涉及到的药物的种类不同，有些药品的物理特性不可见光，所以本次设计我决定利用红外线对静脉输液的液滴信号进行检测。通过光电式静脉输液监控系统中红外对管发射接收信号，然后再把其中的电信号放大处理的方法，将电信号转换成单片机能够处理分析的二进制电平。利用这种方法，实现了本次毕业实际实验中对液体的动态变化监测的目的。
由于时代的不停发展，光电式静脉输液监控系统仪器也在不断地发展，主要形成了无线光电式数据传送和有线光电式数据传送两种传送方式。有线光电式数据传输在实际的过程中会有许多阻碍和困难，所以经过深思熟虑以后我还是决定本次实际实验过程中采用更加简洁方便的无线通讯技术来完成实验设计。
1．3 研究内容和方向
此次的设计如我的题目所以，基于单片机的情况下，单片机将采纳的型号为STC89C52。设计主要有三种报警形式，输液液体瓶内药液剩余量报警、输液液体速度不正常报警和病人或其他陪同人员按得一键报警。其中输液液体瓶内药液剩余量报警的设计需要我们来手动选择输液瓶的容积，然后单片机根据输液液体速度来计算监控当前输液瓶中药液液体剩余量，当液体体积<20mL时，监控系统就会检测到，这时蜂鸣器就会发声报警，液体剩余量LED指示灯也会保持常亮。输液液体速度异常报警的报警是当输液液体液滴速度>100滴/min或<10滴时，监控系统就会检测到，蜂鸣器就会发声报警，速度异常所对应得指示灯就会亮，并保持。输液液滴速度是可以人为手动调节的。当然还会有一种情况，就是当红外对管检测找不到有输液液滴穿过的时候，速度异常指示灯也会长亮，因为设计系统系统默认认为此时液滴速度是0。一键报警相信大家一目了然，在紧急情况下可以通过按下一键报警按钮来触发报警。报警信息通过采集端报警模块发出，再由中心报警端接收，由中心报警端的单片机处理，将报警信息投视放在液晶屏上，通知医院相关人员，两者得声光报警是同时进行的，医生在得知报警信息后再通过中心报警系统来取消报警。
参 考 文 献
【1】 李君霖.静脉输液无人陪护系统的设计[D].江西：江西理工大学,2012
【2】 朱永兴.红外点滴报警系统的研制[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2011
【3】 张丹彤。基于单片机的高校教室照明节能智能控制系统研究[J].先进材料研究，2014,24（11）：5-8
【4】 祁伟.单片微型计算机原理及接口技术[M].北京航空航天大学出版社,2007
【5】 何建新,高胜东.数字逻辑设计基础[M].北京:高等教育出版社,2012
【6】Jiang Zhihai, Huang Yuqing, Liu Lianxin. Principle and Application of Single Chip Microcomputer [M]. Xi'an: University of Electronic Science and Technology Press, 2013
【7】 何希才.新型集成电路应用实例[M].电子工业出版社，2002
【8】 Wang Yiwang, Army, Zhang Chengcheng, Chen Hai. Design of Intelligent Infusion Monitoring System Based on Wireless Sensor Network [J]. Measurement and Control Technology, 2015, 34 (11): 64-66
【9】 王颖,陈淑琴等.静脉输液监控系统在优质护理服务中的应用[J].解放军护理杂志,2012,29(06):73-74
【10】 Shen Jianhua, Yang Yanqin, Zhai Xiaoshu. Principle and Application of 16-bit Ultra-low Power Single Chip Microcomputer in MSP430 Series [M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2004
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