李靜 梁國政

（1.山西大同大學(xué) 山西省大同市 037009 2.北京信息科技大學(xué) 北京市 100101）

1 引言

目前關(guān)于點(diǎn)滴監(jiān)控的方法有多種，比如：通電測量、測質(zhì)量、紅外光檢測、超聲波測量[1]和液滴數(shù)目測量等等，但是都有諸多的不足和弊端。本設(shè)計(jì)是采用對射式探測器來測量藥液的流速，以51 單片機(jī)為核心的一個點(diǎn)滴監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)包含主機(jī)和從機(jī)，主機(jī)控制從機(jī)以及顯示液滴流速和液滴流速鍵盤，從機(jī)通過電路檢測液滴的流速以及對步進(jìn)電機(jī)的控制，這樣就給外界傳達(dá)出不同的信息。

本設(shè)計(jì)使用“從站—主站”的方法來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)滴監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警。在實(shí)際應(yīng)用中有很大的價值。本設(shè)計(jì)預(yù)期成果將會非常大地減少醫(yī)務(wù)人員的工作量，并且能夠?yàn)榛颊邷p輕不必要的擔(dān)心與憂患。與此同時，也推動了醫(yī)學(xué)現(xiàn)代化、信息化的發(fā)展，促進(jìn)了臨床醫(yī)學(xué)的進(jìn)步。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)框圖

整個系統(tǒng)是以51 單片機(jī)為核心的監(jiān)控系統(tǒng)，有主站和從站兩個部分。從站主要的組成部分是：點(diǎn)滴信號的采集、信號的A/D轉(zhuǎn)換、聲光報(bào)警、外圍電路和通信模塊等；主站主要的組成部分是：鍵盤電路、數(shù)碼管的顯示、通信模塊。如圖1所示為硬件的框架。

圖1：系統(tǒng)框圖

2.2 從站系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)的主控單位采用的是51 單片機(jī)，在眾多的微型計(jì)算機(jī)中單片機(jī)是其中一種最特別的類別。它主要結(jié)構(gòu)組成的五個部分分別是CPU、存儲器、I/O 接口、I/O 設(shè)備和總線[2]。在從站的點(diǎn)滴檢測單元，采用的是對射式紅外傳感器，其基本結(jié)構(gòu)包括發(fā)射端和接收端等。傳感器將這些測量的物理量用一定的方法轉(zhuǎn)換成電流或電壓信號[3]，便于記載和傳導(dǎo)。如圖2所示為液滴檢測單元電路。

圖2：液滴檢測電路

在藥液滴落時，對射式探測器發(fā)射端到接收端的光線傳輸被阻斷，觸發(fā)其產(chǎn)生小電流，最后通過R2把該電流轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)過R1后將它送到處理單元去解決。

對于報(bào)警電路來說，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)聲和光的同時報(bào)警，它所選取的器械是屬于從站模塊的，在接收到信號時從站的處理單元會迅速做出相應(yīng)的回應(yīng)聲光報(bào)警，與此同時主站也會接收到響應(yīng)。如圖3所示，分別是實(shí)現(xiàn)兩種報(bào)警單元的電路。

圖3：報(bào)警電路

步進(jìn)電機(jī)單元的組成包括步進(jìn)電機(jī)和電路部分。其作用是進(jìn)行回血檢測并產(chǎn)生相應(yīng)動作，如果接收到回血信號，步進(jìn)電機(jī)將旋轉(zhuǎn)一定的角度夾住管道不讓血回流到管內(nèi)。驅(qū)動電路如圖4所示。

圖4：驅(qū)動電路

2.3 主站系統(tǒng)

在主站的鍵盤單元中，不管選取的硬件材料是哪一種，常見問題是抖動和重建[4]。關(guān)于抖動的問題，本設(shè)計(jì)采取成本較低的軟件法，關(guān)于重建的問題，本設(shè)計(jì)采用連鎖法，即在所有開關(guān)斷開的狀態(tài)下，只承認(rèn)或者說識別第一個被按下的按鍵，對其他的按鍵不予理會，除非所有開關(guān)再次斷開接著識別下一個。

在數(shù)碼管顯示模塊中，單片機(jī)的數(shù)碼顯示管經(jīng)常使用七段顯示管，它使用了八個發(fā)光二極管，其中七個組成七個筆畫另一個控制小數(shù)點(diǎn)[5]。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

點(diǎn)滴監(jiān)控系統(tǒng)的從站主要是單片機(jī)，而單片機(jī)是利用軟件來進(jìn)行各個系統(tǒng)的控制的，控制功能的實(shí)現(xiàn)取決于軟件。從站的監(jiān)控程序主要由許多個子程序和一個主程序構(gòu)成，軟件的核心就是主程序模塊，子程序服務(wù)于主程序的同時能夠互相合作式的進(jìn)行完成整個設(shè)計(jì)所需要的工作，對其軟件設(shè)計(jì)的部分主要包括液滴檢測和報(bào)警單元兩個部分。主站的軟件設(shè)計(jì)主要在于輸入鍵盤和數(shù)碼管兩個部分。如圖5 為軟件設(shè)計(jì)的流程圖。

圖5：軟件設(shè)計(jì)流程圖

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.1 系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)

經(jīng)過硬件方面和軟件方面的設(shè)計(jì)，最后通過仿真軟件對本設(shè)計(jì)進(jìn)行了實(shí)際效果的預(yù)演，如圖6所示為正常情況下顯示液滴的流速（流速的上下限分別為80 和20）。

圖6：正常工作仿真實(shí)驗(yàn)

如圖7所示，當(dāng)液滴的速度超過我們所設(shè)置的上下限范圍時，燈亮，實(shí)現(xiàn)報(bào)警。

圖7：滴速超限時仿真實(shí)驗(yàn)

當(dāng)藥液不再下滴的時候如圖8所示，從仿真結(jié)果可以看出，燈亮，實(shí)現(xiàn)報(bào)警。同時，電機(jī)轉(zhuǎn)動了一定角度。

圖8：流速為零時仿真實(shí)驗(yàn)

最后進(jìn)行回血情況仿真，如圖9所示，可以看到，回血按鈕按下的同時，電機(jī)轉(zhuǎn)動，并發(fā)出了聲光報(bào)警信號。

圖9：回血情況下仿真實(shí)驗(yàn)

4.2 系統(tǒng)實(shí)物實(shí)驗(yàn)

經(jīng)過仿真測試對本次設(shè)計(jì)的可行性驗(yàn)證后，按設(shè)計(jì)電路圖選擇元器件并進(jìn)行了焊接，之后為焊接后的實(shí)物測試實(shí)驗(yàn)，能夠正常工作，且能夠?qū)崿F(xiàn)仿真電路中所實(shí)驗(yàn)的全部功能。

5 總結(jié)

如今醫(yī)學(xué)行業(yè)的發(fā)展健步如飛，當(dāng)然就需要所相對應(yīng)的醫(yī)療設(shè)備與服務(wù)。在當(dāng)前的醫(yī)院里靜脈注射司空見慣，許多輸液器材也都被搬進(jìn)病房被廣泛使用。本設(shè)計(jì)就為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，原理是根據(jù)液滴的光學(xué)知識，用紅外光線傳感器對液滴實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)和測速，經(jīng)過本設(shè)計(jì)的研究和探討說明還是可以實(shí)現(xiàn)的。筆者能力有限，對此設(shè)計(jì)僅僅源于生活所想，這個設(shè)計(jì)可能并不完美，還需增加更多遠(yuǎn)程控制的功能，從而在保證輸液安全的同時也提高醫(yī)務(wù)效率，還要改正一些功能的些許繁瑣。這就需要更多的人來研究和探討才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的價值。