基于單片機(jī)的醫(yī)療點(diǎn)滴輸液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

 0 引言

目前醫(yī)院普遍使用的是人工監(jiān)控點(diǎn)滴輸液裝置器，將液體容器掛在一定高度，利用勢差將液體輸入病人體內(nèi)，用軟管夾對(duì)軟管夾緊和放松控制滴速，醫(yī)護(hù)人員按藥劑特性對(duì)滴速進(jìn)行控制。如何使這種手工操作走向自動(dòng)化或半自動(dòng)化，讓護(hù)理人員監(jiān)控病人打點(diǎn)滴的進(jìn)程時(shí)間得到充分利用，使能自理的病人自己能掌握點(diǎn)滴的速度，這就要求醫(yī)療器械加速自動(dòng)化與半自動(dòng)化進(jìn)程，提高醫(yī)護(hù)質(zhì)量。本文介紹了一種操作方便、顯示直觀、可集中控制、具有報(bào)警功能的智能型液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可讓醫(yī)護(hù)人員在控制室(通過主機(jī))改變不同受液者(控制從機(jī))的輸液狀況，也可以直接到輸液室直接改變輸液狀態(tài)(直接控制從機(jī))，了解病人的輸液進(jìn)程，及時(shí)通知處理將快完成的輸液。

1 硬件結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 系統(tǒng)框圖

整個(gè)系統(tǒng)由主站和從站兩部分組成。主站安裝在護(hù)理室，主要功能是觀察各從站的工作狀態(tài)和相應(yīng)的一些簡單的控制功能，當(dāng)從站的有特殊情況報(bào)警時(shí)，主站也同時(shí)報(bào)警，提醒護(hù)理工作人員進(jìn)行相應(yīng)的處理。從站安裝在每個(gè)輸液器上，以完成輸液點(diǎn)數(shù)的設(shè)置、檢測、控制和報(bào)警等功能。主、從站之間采用串口方式相連。因?yàn)閺恼緜€(gè)數(shù)較多，用AT89C52 自帶的URAT 不易實(shí)現(xiàn)，為此在主、從站之間采用擴(kuò)展的方式來完成通信功能，只要在從站中用一8 位寄存器就可完成256 個(gè)從站的控制。在AT89C52 上擴(kuò)展擴(kuò)展I2C 的方法可參見文獻(xiàn)[1]。

1.2 主站硬件設(shè)計(jì)

如圖2 所示，主站AT89C52 的P0 口接4×4 陣列式鍵盤，P1 口接八位LED 顯示模塊，P3.6 和P3.7 與從機(jī)的P3.6 和P3.7 對(duì)接，通過擴(kuò)展I2C 總線串行通信，P3.0 作為報(bào)警控制端口，通過一4.7K 限流電阻接至三極管8050 的基極，由8050 驅(qū)動(dòng)蜂鳴工作。八位共陰LED 用CD4511 七段譯碼驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，74LS138 譯碼位選通;復(fù)位電路采用復(fù)位芯片MAX813L 以保證可靠復(fù)位。

液滴檢測電路如圖 4 所示，紅外發(fā)射、接收電路裝在滴管上，每一滴藥水都將使檢測電路產(chǎn)生一個(gè)正脈沖。單片機(jī)正是通過記錄正脈沖個(gè)數(shù)來檢測點(diǎn)滴的流速。液面檢測電路如圖5，由CD4609 構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生38KHz 用于控制紅外發(fā)射管發(fā)射，在正常情況下，J1(1380)輸出高電平，單片機(jī)INT0 輸入為高電平，當(dāng)液面下降到設(shè)定高度(由紅外發(fā)射管和J1 的安裝位置決定)時(shí)，J1 的輸出會(huì)有一個(gè)下降沿跳變，用于觸發(fā)單片機(jī)的外部0 中斷。

圖 6 是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。由P2.0～P2.3 經(jīng)三極管控制光耦的輸入，并由光耦輸出控制步直電機(jī)各組線圈的通斷時(shí)間，從而完成步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)數(shù)和正反轉(zhuǎn)控制。

2.1 主站程序設(shè)計(jì)

主站要完成的功能主要是對(duì)從站進(jìn)行定點(diǎn)檢測和巡回檢測，并和從站通過I2C 總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，根據(jù)鍵盤輸入和I2C 總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的操作(如報(bào)警、LED 顯示從站號(hào)和從站流速等)。主程序完成監(jiān)測I2C 總線請求、鍵盤的掃描，并根據(jù)鍵盤的輸入調(diào)用相應(yīng)的功能程序?qū)崿F(xiàn)其控制功能。LED 顯示的可由T0 定時(shí)中斷程序調(diào)用。鍵盤掃描和LED 顯示程序的編寫可參考文獻(xiàn)[2]。主機(jī)信息處理程序流程如圖7 所示，由鍵盤設(shè)定檢測方式后調(diào)用此子程序。如設(shè)置的是定點(diǎn)方式，則由鍵盤輸入從站號(hào)后啟動(dòng)I2C 總線，由I2C 總線進(jìn)行信息交換后可得知從站的狀態(tài)，并顯示出來;如為巡回檢測方式，每按一下鍵就檢測一個(gè)從站，檢完為止。

2. 2 從站程序設(shè)計(jì)

從站鍵盤掃描、LED顯示、報(bào)警與I2C總線程序設(shè)計(jì)和主站類似，不同的主要有兩點(diǎn)，一是要實(shí)現(xiàn)點(diǎn)滴速度檢測、控制功能，二是要實(shí)現(xiàn)液面檢測報(bào)警功能。點(diǎn)滴速度檢測采用硬件定時(shí)和軟件定時(shí)相結(jié)合的方式進(jìn)行：每當(dāng)T1有一脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)器自加1，并啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)器T0計(jì)時(shí)，T0設(shè)置計(jì)時(shí)值為50毫秒，T0每一次中斷都使一寄存器加一，這樣可實(shí)現(xiàn)數(shù)百毫秒～數(shù)秒的定時(shí)，下滴到來時(shí)保留其值，并從新計(jì)時(shí)。以連續(xù)4滴的平均時(shí)間轉(zhuǎn)換為每分鐘的滴數(shù)作為控制依據(jù)。從站點(diǎn)滴速度檢測控制程序流程如圖9所示，并由主程序循環(huán)調(diào)用。當(dāng)主程序調(diào)用此程序后，按如上原理檢測點(diǎn)滴速度，如速度值太大或太小(和設(shè)定的極限值比較)，從站報(bào)警，并啟動(dòng)I2C總線將從站號(hào)和報(bào)警信號(hào)傳到主站，主站接到信號(hào)后也報(bào)警。如速度值在允許范圍內(nèi)，則和護(hù)理人員設(shè)定的值比較，如相差在3滴之內(nèi)，認(rèn)為速度合適，不要調(diào)整，如超過3滴，則根據(jù)值的大小控制電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)一周，以調(diào)整滴瓶的高低，從而改變流速。主程序循環(huán)調(diào)用能將速度調(diào)整到設(shè)定范圍內(nèi)。液面檢測電路輸出作為外部中斷0 的觸發(fā)信號(hào)，中斷0 的服務(wù)程序如圖9 所示。當(dāng)外部中斷0 響應(yīng)時(shí)，說明液面已低于設(shè)定值，從站并啟動(dòng)I2C 總線將從站號(hào)和報(bào)警信號(hào)傳送到主站，主站報(bào)警。

由圖10 知, 點(diǎn)滴速度測量實(shí)際值和理論值吻合得很好，由表1 知不論是在全量程范圍內(nèi)，還是在一個(gè)較小的調(diào)整范圍內(nèi)，測量誤差都遠(yuǎn)小于設(shè)定值的±10%±1 滴。穩(wěn)定時(shí)間小于2 分鐘，證明系統(tǒng)的調(diào)整較高，達(dá)到實(shí)際使用的要求。

3 總結(jié)

本系統(tǒng)采用單片機(jī)技術(shù)，電路簡潔，成本低，控制精度和效率高，穩(wěn)定性好;操作方便、顯示直觀、可集中控制、具有報(bào)警功能，在一定程度上解決了醫(yī)護(hù)人員工作負(fù)擔(dān)過重的問題，適合在醫(yī)院推廣使用，加速醫(yī)療器械自動(dòng)化與半自動(dòng)化進(jìn)程，提高醫(yī)護(hù)質(zhì)量。