陳佳慧,王健飛,李曉磊

(1.菏澤醫(yī)學(xué)?？茖W(xué)校,山東 菏澤 274000;2.菏澤學(xué)院,山東 菏澤 274000)

0 引言

在臨床治療過程中,輸液支架是比較常用的醫(yī)療器械。目前,落地式輸液支架和天軌懸掛式輸液支架是最常見的2種類型。傳統(tǒng)輸液支架因其自身的固定性,限制了患者在輸液時(shí)的活動(dòng)自由,當(dāng)患者前往衛(wèi)生間或者下床活動(dòng)時(shí),通常需要本人或陪護(hù)人員高舉輸液袋,長時(shí)間手舉容易出現(xiàn)手臂疲勞現(xiàn)象。為了實(shí)現(xiàn)輸液支架的易移動(dòng)性,有研究者提出了帽式移動(dòng)輸液支架和底部裝有萬向輪的落地式支架[1-3],二者均有可移動(dòng)屬性,但前者在使用時(shí)會(huì)給患者頭部帶來很大負(fù)擔(dān),在使用時(shí)不能低頭,后者會(huì)因萬向輪損壞而不夠順滑,推動(dòng)輸液支架時(shí)易出現(xiàn)側(cè)傾現(xiàn)象。

針對上述問題,本文設(shè)計(jì)了一種新型多功能輸液支架,旨在幫助患者在輸液時(shí)行動(dòng)更加方便。本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)作為主控制器,在輸液支架底部安裝電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、橡膠車輪,采用無線遙控方式與單片機(jī)進(jìn)行通信,通過單片機(jī)操控電機(jī)驅(qū)動(dòng),進(jìn)而對電機(jī)進(jìn)行靈活控制,實(shí)現(xiàn)對輸液支架的移動(dòng)控制,打破了在病房輸液的空間局限性,能有效提升患者在輸液過程中的活動(dòng)體驗(yàn)。另外,本文設(shè)計(jì)的輸液支架兼有輸液提醒功能,當(dāng)輸液結(jié)束時(shí)蜂鳴器報(bào)警,能夠有效預(yù)防輸液結(jié)束未及時(shí)拔針血液回流現(xiàn)象,減小患者或陪護(hù)人員的心理壓力,提高護(hù)理工作效率,降低醫(yī)療事故的發(fā)生率,給患者帶來更好的治療體驗(yàn)。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)輸液支架的最優(yōu)化設(shè)計(jì),本設(shè)計(jì)在原有輸液支架基本結(jié)構(gòu)(包含底座、主桿、高度調(diào)節(jié)旋鈕、掛鉤、拉手)基礎(chǔ)上,增加了主控制器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、無線遙控模塊、輸液檢測報(bào)警模塊等內(nèi)容。單片機(jī)作為主控制器控制外圍電路,包括與無線遙控模塊進(jìn)行信息通信、控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及處理輸液檢測模塊采集的信息,從而達(dá)到輸液支架移動(dòng)靈活和及時(shí)預(yù)警的目的。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控制器模塊

本設(shè)計(jì)選用STC89C52型號單片機(jī)作為主控制器,該型號單片機(jī)具有功耗低、抗干擾性強(qiáng)、運(yùn)行速度快等特點(diǎn)。單片機(jī)內(nèi)部含有中央處理器、片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、I/O(輸入/輸出)接口、EEPROM等功能模塊[4]。單片機(jī)與復(fù)位電路、晶振電路組成了單片機(jī)運(yùn)行時(shí)的最小系統(tǒng),硬件電路如圖1所示。本設(shè)計(jì)中單片機(jī)是處理器的核心,可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理和控制其他模塊電路的功能。

圖1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路

2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

本設(shè)計(jì)采用雙橋H電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊,體積小、質(zhì)量輕、可低功耗待機(jī),能同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)直流電機(jī),可以實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及調(diào)速功能。供電電壓5～35 V,最大功率25 W,每路電流能夠達(dá)到2 A持續(xù)電流,峰值電流可達(dá)3 A,內(nèi)置帶有遲滯效應(yīng)的過熱保護(hù)電路,防止電機(jī)堵轉(zhuǎn)燒壞。模塊中控制信號輸入端IN1、IN2、IN3、IN4接單片機(jī)的I/O接口P2.0—P2.3,輸出端MOTOR A+、MOTOR A-、MOTOR B+、MOTOR B-端接左、右2路直流電機(jī)[5],IN1和IN2、IN3和IN4獨(dú)立驅(qū)動(dòng)左、右2路電機(jī),電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊連接電路如圖2所示,電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)邏輯真值如表1所示。

表1 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)邏輯真值

圖2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊連接電路

2.3 無線遙控模塊

無線遙控模塊由發(fā)射模塊和超外差帶解碼接收模塊組成,工作頻率為433 MHz,采用數(shù)編碼調(diào)制技術(shù),功耗低、靈敏度高、抗干擾性強(qiáng)。解碼端為工業(yè)級單片機(jī)高電平輸出,兼容性強(qiáng),工作模式可根據(jù)需求通過控制模塊對碼操作設(shè)置,可以設(shè)置為自鎖、非鎖、互鎖模式。接收模塊由12個(gè)引腳組成,AT為天線接口,V+、V-為電源接口,P1為線控端總開關(guān),Q1—Q6為信號輸出接口,分別接單片機(jī)的P1.1—P1.6,其硬件電路連接方式如圖3所示。本設(shè)計(jì)中Q7—Q8空置,對碼成功后,按下遙控器的相應(yīng)按鍵,接收模塊相應(yīng)的輸出端解碼高電平,單片機(jī)接收信號后輸出相應(yīng)信號,通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制輸液支架的移動(dòng)。

圖3 無線遙控模塊連接電路

2.4 輸液檢測報(bào)警模塊

本設(shè)計(jì)選用非接觸式液體傳感器檢測輸液管內(nèi)藥液流動(dòng)情況。該傳感器能夠隔著非金屬管道檢測具有電導(dǎo)率的液體,無需接觸液體即可完成在管道外檢測內(nèi)部有無液體,安裝簡單方便,不受液體、管道顏色影響,靈敏度可調(diào)節(jié)。模塊中VCC、GND為電源接口,OUT為信號輸出端,MODE為信號選擇端,MODE懸空時(shí),正輸出/常開輸出,MODE與GND接地短接,反輸出/常閉輸出。報(bào)警裝置由蜂鳴器電路組成,當(dāng)輸液管中沒有液體流動(dòng)時(shí),蜂鳴器發(fā)出報(bào)警提醒,輸液檢測報(bào)警模塊連接電路如圖4所示。

圖4 輸液檢測報(bào)警模塊連接電路

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件算法設(shè)計(jì)主要由子模塊初始化程序、無線遙控循環(huán)檢測程序、電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序、液體檢測程序、報(bào)警程序5部分組成,其中,液體檢測報(bào)警程序通過外部中斷服務(wù)0程序觸發(fā)運(yùn)行(設(shè)置負(fù)跳變觸發(fā)方式),軟件算法設(shè)計(jì)具體如下:

(1)初始化接收模塊RX-Q6、無線遙控循環(huán)檢測程序、電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序;

(2)開啟總中斷,循環(huán)運(yùn)行步驟(3)、步驟(4),若在執(zhí)行程序過程中,液體檢測傳感器OUT輸出端從高電平輸出轉(zhuǎn)換成低電平輸出時(shí),即觸發(fā)外部中斷程序,停止執(zhí)行當(dāng)前程序,執(zhí)行步驟(5)外部中斷服務(wù)程序;

(3)運(yùn)行無線遙控循環(huán)檢測程序,并處理檢測數(shù)據(jù);

(4)根據(jù)處理后的數(shù)據(jù),執(zhí)行相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序,控制輸液支架移動(dòng);

(5)中斷服務(wù)程序,運(yùn)行蜂鳴器報(bào)警程序,當(dāng)檢測到報(bào)警信號消除時(shí),返回到中斷服務(wù)程序前的程序語句繼續(xù)執(zhí)行程序。

4 測試與分析

本文在硬件和軟件設(shè)計(jì)完成的基礎(chǔ)上,對多功能輸液支架進(jìn)行了性能測試。實(shí)際測試證明,本文設(shè)計(jì)的新型多功能輸液支架實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo),患者在使用輸液支架活動(dòng)時(shí),可以通過無線遙控裝置靈活控制輸液支架的移動(dòng),起到很好的助力作用,有效降低了手舉藥液袋、輸液桿支架的疲勞感,而且有利于患者的康復(fù)訓(xùn)練。同時(shí),輸液檢測報(bào)警功能對當(dāng)前輸液結(jié)束狀態(tài)起到了很好的提示作用,提醒醫(yī)護(hù)人員及時(shí)換瓶或拔針,有效避免了輸液結(jié)束卻未及時(shí)發(fā)現(xiàn)而引起血液回流的現(xiàn)象,提高了護(hù)理服務(wù)質(zhì)量,為患者帶來更好的治療體驗(yàn)。

5 結(jié)語

本文以STC89C52型號單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一款新型多功能輸液支架,具有移動(dòng)功能、輸液檢測報(bào)警功能,能夠有效提升患者在輸液過程中的活動(dòng)體驗(yàn)感,降低患者或陪護(hù)人員的心理壓力,提高醫(yī)護(hù)人員的工作效率,具有較高的實(shí)用性。新型多功能輸液支架與傳統(tǒng)的輸液支架相比,更加智能、安全、高效,在臨床治療中有較好的應(yīng)用前景。