基于紅外傳感器的智能輸液報警系統(tǒng)
引 言
輸液是臨床醫(yī)學最常用的治療手段。在病人輸液過程中, 往往由于病人體質(zhì)虛弱、昏迷、入睡或者醫(yī)護人員正在別處忙碌等而無法留意輸液全過程,因此需要專人監(jiān)護,不僅加重了護理人員的勞動負擔,也不利于病區(qū)的綜合管理[1,2]。輸液完畢后,若不及時處理,病人的血液就會因空管而倒流入輸液針管內(nèi),時間稍長會使扎針處嚴重腫脹;若處理過早,即藥液還未輸盡就取管摘瓶又會造成藥液的浪費,因此,常引發(fā)病人的不滿以至投訴[3]。本系統(tǒng)是一款便利且輕巧的點滴速度報警器, 不僅可以減輕醫(yī)護人員的工作負擔,還可給病人營造出更加安心舒適的就醫(yī)環(huán)境,減輕病人的心理負擔,減少醫(yī)患之間的矛盾。
1 工作原理
1.1 系統(tǒng)原理
本文設計的輸液系統(tǒng)根據(jù)光電感應原理制成。當光線變化時,會使阻擋發(fā)射部分和接收部分的電信號瞬間變化,這種變化可將光信號轉(zhuǎn)換為電信號,供相關(guān)電路檢測。由于本款產(chǎn)品具有設計小巧、價格低廉等優(yōu)點,可廣泛應用于各種門診、社區(qū)服務中心等。相較于傳統(tǒng)高精度、昂貴的點滴監(jiān)控設備, 該產(chǎn)品可面向更廣大的受眾群體 ,便于更多患者使用。系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1所示。
1.1.1 單片機最小系統(tǒng)
單片機最小系統(tǒng)是指用最少的元件組成的可以工作的單片機系統(tǒng)。
本文單片機最小系統(tǒng)由電源接口,開關(guān),時鐘電路,下載接口,復位電路和 STC89C52 單片機組成。
STC89C52RC 是STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS 8 位微控制器,具有 8 kB 系統(tǒng)可編程FLASH 存儲器。STC89C52 使用經(jīng)典的MCS-51 內(nèi)核,并做了較多改進使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機不具備的功能[4,5]。在單芯片上,擁有靈巧的 8 位CPU 和系統(tǒng)可編程FLASH,使得 STC89C52 可為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供靈活、有效的解決方案[6,7]。
1.1.2 液滴檢測基于紅外對射傳感器
紅外對射式傳感器功能齊全,靈敏度高,體積小,有效距離長,抗震性能好,不易受干擾,低功耗,響應時間快,使用壽命長,液滴檢測穩(wěn)定且成本低,完全符合高精度醫(yī)療設備的需求[8]。通過測量計算兩點滴下落的間隔就可確定滴速。
紅外對射傳感器使用紅外線發(fā)射管持續(xù)供電,當接收管被遮擋時,輸出高電平,反之則輸出低電平。
1.2 檢測流程
1.2.1 液滴檢測流程
本設計中的滴速計算可防止由滴速引起的患者輸液不適。通過控制電機來控制液瓶的高低以調(diào)節(jié)滴速。超速時可報警。其中外圍數(shù)據(jù)處理與顯示模塊由軟件程序完成,具體流程如圖 2所示。
1.2.2 速度檢測子程序
本系統(tǒng)采用紅外對管用于信號發(fā)射接收,當檢測到液滴 時信號發(fā)生變化,產(chǎn)生相應的脈沖,通過記錄兩次液滴的信號 變化,借助程序運算即可得出液滴滴速 [9,10],檢測子程序框圖 如圖 3 所示。
1.2.3 電機控制子程序
電機運動根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)設定。若在設定范圍內(nèi),則不會 有動作;若小于設定值,則進入正轉(zhuǎn)程序,反之進入反轉(zhuǎn)程序。 電機控制程序如圖 4 所示。
1.2.4 鍵盤程序
本系統(tǒng)設計有復位鍵,首先程序會檢測有無按鍵輸入, 若無則單片機無動作,若有則進行其他程序動作。同時根據(jù) 需要拓展了“加”“減”和“報警”功能,通過“加”“減”按 鍵來設定滴速大小 [11,12]。報警設計為主動和自動兩種形式 :當 有人按報警鍵時,可以自動報警 ;若無人按鍵,當觸發(fā)報警程 序時,10 s 內(nèi)若無人處理則會自動報警。報警結(jié)束后停止滴液, 以保證病人安全。
2 本設計具有的功能
2.1 測速控制
系統(tǒng)可通過 1 s 內(nèi)所獲得的脈沖數(shù)來檢測滴液速度,并將 其顯示在顯示屏上。若需要更精準地測量滴液速度,則可通 過用戶按鍵的方式自定義獲得脈沖時間,當無點滴落下時可自 動阻斷進程。
2.2 點滴計數(shù)
系統(tǒng)可記錄液滴的滴數(shù),并將其顯示在顯示屏上。點滴 每滴落一次,信號處理電路中的紅色發(fā)光二極管便隨之閃爍 一次,檢測原理如圖 5 所示。
2.3 回血檢測
紅外對管用于發(fā)射接收。由于血液的顏色比較深,遮擋 紅外光線后,可檢測到信號,從而進行中斷報警 [10]。
2.4 數(shù)碼顯示
數(shù)碼顯示采用數(shù)碼管,在滿足顯示方案數(shù)據(jù)的條件下, 數(shù)碼管不僅編程簡單 ,還具有低能耗、低損耗和壽命長等特征, 對環(huán)境的要求較低。
系統(tǒng)包含兩個顯示界面。其中一個顯示界面主要與點 滴速度有關(guān),界面顯示的內(nèi)容主要包括點滴速度(單位為 P/ min),另一個界面可供用戶自主設置系統(tǒng)最低限和最高限。
2.5 蜂鳴報警
以蜂鳴器鳴響和報警指示電路中的紅色發(fā)光二極管是否 發(fā)光作為報警提示,在輸液結(jié)束后提醒醫(yī)護人員和患者及其家 屬。此外,如果和無線模塊連接,無線模塊也具有報警功能。
2.6 按鍵輸入
用戶可通過硬件設備上的按鍵設置測量每分鐘點滴的最 高限和最低限。
3 系統(tǒng)測試
制作完成后進行測試,檢查是否符合要求。具體包括硬 件測試與軟件測試。智能輸液器實物如圖 6 所示。
3.1 硬件測試
硬件測試依次為傳感器及數(shù)據(jù)采集部分測試、通信電路 測試、電機運行測試等,通過調(diào)整時間與點滴速度來控制精度。
3.2 軟件測試
軟件測試是一個自下而上、逐步集成的過程,本系統(tǒng)采 用自下而上的測試方法。
3.3 點滴報警系統(tǒng)測試結(jié)果
改變主機鍵盤輸液速度的設定值,以測試系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效 果和響應速度,發(fā)現(xiàn)兩者均正常,基本可以自動完成調(diào)節(jié),且 誤差范圍在 0 ~5% 之間,測試結(jié)果見表 1 所列。
4 結(jié) 語
本文系統(tǒng)由單片機及電機鍵盤等組成,主要功能有:可 設置及顯示滴液速度,自行設置滴速 ;當輸液速度不在設定 范圍內(nèi)時,自動報警并調(diào)節(jié);當輸液過程中出現(xiàn)特殊情況時可 自行報警 ;當輸液結(jié)束或出現(xiàn)緊急情況時可及時提醒護士,無 需護士每時每刻親自監(jiān)測患者的輸液情況。本系統(tǒng)操作簡潔、 便利,減輕了醫(yī)護人員的勞動強度,減少了病患家屬的陪護, 有利于提高醫(yī)護質(zhì)量,進一步提高了醫(yī)院服務系統(tǒng)的智能化水 平,是一種可以針對多個床位進行獨立監(jiān)測的智能輸液監(jiān)控 系統(tǒng),在現(xiàn)代醫(yī)療事業(yè)中具有較大的實用價值,推動了智能醫(yī) 療事業(yè)自動化的發(fā)展,且對于設備結(jié)構(gòu)的分析和電子設計的 研究具有重要的現(xiàn)實意義。