医用点滴滴速监测和告警系统的设计.doc

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1、医用点滴滴速监测和告警系统的设计【摘要】为确保医疗工作中不同类型患者点滴输液的安全，设计一种基于单片机AT89C51的红外监测系统和网络通信系统。本文阐述了该系统的硬件组成、工作原理和软件设计。该系统可以实现对医用输液状况的实时网络化监测和声音告警，主从通信程序中增加的定时程序可避免从机关闭或不能正常通信时出现死循环。实验测试结果表明该系统网络通信和声音告警性能较好、操作简便，误差范围为(0.96±0.17)%滴/min。【关键词】滴速监测;声音告警;AT89C51;红外传感;网络通信点滴输液已经成为现在医疗常规的手段［1］。对于

2、不同年龄、不同病患程度的受液患者或使用不同的输液药物，要求有不同的点滴流速，合理的点滴流速可以避免出现危险，同时可以让患者感到舒适和方便护士操作。为确保输液安全，本文设计了基于单片机的医用点滴流速监测、声音告警和网络通讯系统，不但可以对网络中的从机输液状况实施实时监测，而且能通过主机网络化管理各从机，当出现流速异常情况和液面低于警戒值时会有声音告警。由于本设计与现有技术的主要不同点在于主从通信程序中增加了定时程序，该功能可以避免从机关闭或不能正常通信时出现死循环。现对此系统作一介绍如下。1系统的功能、结构及工作原理1.1系统的功能

3、本系统所要实现的具体功能如下：(1)可以在点滴斗处监测点滴流度，3个LED数码管可以动态地显示点滴流度（滴/min）；(2)当点滴流速超出适宜的范围（即小于30滴/min或大于150滴/min，该范围可以在产品出厂前按需设定）会自动声音报警；(3)当输液瓶内的药水液位降到警戒线（离瓶口2～3cm）时，会发出声音报警信号；(4)具有一个主机和多个从机，可以实现网络化监控，便于医务人员管理。1.2系统结构和工作原理医用点滴流速监测系统的结构框图如图1所示。红外传感器采集的滴速模拟信号和高度模拟信号，通过电压比较器判断成为数字信号后由单

4、片机进行数据处理，单片机根据程序处理数据后进行LED显示和声音报警输出；主机则通过RS-232与从机进行通信［2-3］。图1医用点滴流速监测系统结构框图2系统的硬件设计52.1选用红外传感技术监测红外线比可见光的波长要长，受环境光的影响较小；红外装置较轻，尺寸较小，只有一个红外发射和接受管；红外光的线性灵敏度较高，外围电路简单；采用的功率也小，红外不是可见光；所以我们选用红外传感技术监测点滴流速和液面的高度［4-5］。2.1.1点滴流速监测设计点滴流速监测电路如图2所示。红外光通过输液管点滴斗，由于点滴管是塑料的，对红外光有衰减作

5、用。没有液滴通过时，监测到的电压较高。而当有液滴通过的时候，光再次衰减，同时光被折射和反射，光能损失严重，因此监测到的电压较小。在电压比较器的负输入端接入一个可调电压，就可以把监测到的有液滴通过时的最大电压和没有液滴通过时的最小电压区分开了［5-6］。输出结果是：有液滴通过时，电压比较器输出的电压是低电平；没有液滴通过时，输出的电压是高电平。2.1.2点滴液面高度监测设计点滴液面高度监测电路如图3所示。事先要设定需报警的液面高度，并在此处放置红外线监测装置。当液面高度小于设定的高度时，红外光受到玻璃的吸收，光衰减了一些，但出来的电

6、压是较高的电压。液面高度大于设定的高度时，红外光就被药液折射、反射和吸收，接受器接受的电压是较小的电压［4，5］。我们在电压比较器的正端接入可调电压，就可以把监测到的液面高度大于设定高度的最大电压和监测到的液面高度小于液面的最小电压区分开来。输出结果为：液面高度大于警戒高度时，输出电压为高电平；当液面高度小于警戒高度时，输出电压为低电平。2.2声音报警当系统监测到输液状态出现时，如液面高度小于警戒高度和流速超出安全范围时，控制器会通过电流放大后驱动蜂鸣器，发出声音提示输液出现异常状态。用声音报警的好处是避免长时间输液时患者或看护人

7、员因疲劳睡着引起的医疗事故。2.3动态数码显示本系统选用单片机的一个8位IO端口控制驱动8位LED动态数码段，3位IO端口可以控制驱动3个LED动态数码位。3系统的软件设计3.1点滴滴速算法该软件中关键的问题是点滴滴速的算法，设计中采用的方案是根据一定滴数N滴下所需要的时间t来计算点滴流速的［4,6］：我们定时t0=５０ms，并且每50ms个数n自动加1，那么N滴的时间长度t=0.05s×n，速度计算公式为v=60N/t。设定N=10，当流速取最大值150滴/s时，所以每10滴的时间长度为tmin=4s，那么最大系统误差为Δmax

8、=t0/tmin×100%=1.25%±滴［4］。53.2软件流程系统程序采用模块设计，结构清晰，便于升级和维护。模块主要分为主程序、外部中断0中断服务程序、外部中断1中断服务程序和串口通信中断服务程序,共计4个模块。图4外部中断0中断服务程序流程