孙选辰，王历，俄万林，李佳康，姜少维，逯玉兰

摘  要： 输液是日常生活中最为普遍的一种治疗方式，静脉输入操作简便，但很容易因为患者或医护人员监护不周而出现意外，流速过快则会引发感冒、心脏负担加重等一系列安全隐患，因此设计了一款自动输液监控系统。该系统采用 STC89C52 单片机，以红外传感器检测液滴滴速以及液面高度，搭配步进电机模块和报警装置，实现了自动输液的实时监控。该自动输液监控系统具有成本低、实用性强、安全简单、易操作的特点。

关键词： 自动输液; 实时监控; 红外传感器; STC89C52单片机

中图分类号：TP273          文献标识码：A    文章编号：1006-8228（2022）01-50-03

Design of automatic infusion monitoring system

Sun Xuanchen， Wang Li， E Wanlin， Li Jiakang， Jiang Shaowei， Lu Yulan

（College of Information Science and Technology， Gansu Agricultural University， Lanzhou， Gansu 730070， China）

Abstract： Infusion is the most common treatment method in daily life. Intravenous infusion is easy to operate， but it is easy to have accidents due to poor monitoring of patients or medical staff. If the flow rate is too fast， it will cause a series of potential safety hazards such as cold and increased heart burden. Therefore， an automatic infusion monitoring system is designed. The system adopts STC89C52 single chip microcomputer， and uses infrared sensor to detect the liquid drop speed and liquid level height， combined with stepping motor module and alarm device to realize the real-time monitoring of automatic infusion. The automatic infusion monitoring system has the characteristics of low cost， strong practicability， safety and simplicity， and easy operation.

Key words： automatic infusion; real-time monitoring; infrared sensors; STC89C52 single chip microcomputer

0 引言

我國是人口大国，每天生病看病的人数有很多，输液治疗是最为普遍的治疗方式，但是医院没有足够的医护人员，很多患者的陪同家属也不能很好地监护病人用药情况，常疏忽了输液时药瓶里的药量，造成输入空气到血管中的情况，或输液时液滴流速变快、堵塞等等，这些情况的存在不仅在很大程度上造成了人们精力的流失，而且还会造成患者感冒、心脏负担加重等疾病[1-2]。

因此，将先进的科学技术应用到医学上是非常有必要的，既可以减轻医护人员的工作量，也可以更安全可靠地监护患者状况，降低一些不必要的损失。本文设计了一种基于STC89C52单片机的自动输液监控系统，该系统可以通过液晶显示屏观看液滴滴速以及最低限制的液面高度，按键装置设置参数，通过单片机控制步进电机实现液滴流速变化以及液面高度的控制，超出设置的液滴滴速和低于设置的液面高度时都会引发报警装置。这样不仅可以降低人工成本，节约资源，也可以使患者更加轻松和安心。

1 系统总体设计

本系统是以STC89C52系列单片机为核心，具体包括主机模块、按键输入模块、红外传感器模块、LCD显示模块、声光报警模块、驱动模块以及步进电机模块。整个系统的工作过程是：①红外传感器将采集到的液滴滴速和液面高度转换为数字信号;②将数字信号传输到单片机中;③单片机对输入的数字信号进行处理;④将处理的结果显示到LCD显示屏上;⑤根据输出的结果，输出控制信号驱动到输出驱动模块;⑥输出驱动模块驱动步进电机模块进行正反转控制滴瓶的高度，使液滴流速保持在正常范围内。具体过程为：接通电源开始工作，通过按键模块进行液滴滴速的上限值和下限值的设定，液滴滴速会在显示屏中显示，当滴速低于设定值的下限，步进电机会拉高滴瓶的高度加快液滴滴速，当滴速高于设定值的上限，步进电机会降低滴瓶的高度减慢液滴滴速，滴瓶液面过低时，红外传感器将数据传送给单片机，LED灯显示红色并且出现蜂鸣警报声，整个过程自动完成，保障安全可行性。

系统总体结构图如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 主机模块

单片机是微型计算机的一种，它具有处理速度快、运算能力强、控制性好等优势，适用范围极其广泛。本设计以STC89C52单片机为核心，其低功耗、高性能的特点非常符合设计的需求[3-4]。STC89C52单片机具有8KB系统可编程Flash存储器，将设定好的程序通过PC写进单片机中，便可以进行工作。本系统中，单片机起到控制作用，对按键输入信息进行保存，对红外传感器中的信息进行计算、比对，然后输出信息控制报警器和驱动模块。

2.2 红外传感器模块

红外传感器具有低功耗、简单易操作的特点，适用范围很广。本模块采用RPR221型光电对管，这是一种单光束的红外光电传感器，结构紧凑，调理电路简单，当发光二极管发出的光发射回来时，三极管导通输出低电平[4]，采用+5V的电源电压，在本系统中作为信息主要的来源器件[5-7]。本设计中主要作用为，当有液滴流过时，红外感应装置将接受光束的时间传输到单片机内，当液滴水平降到最低设定高度时，便会引发报警器工作。红外传感器原理图如图2所示。

2.3 报警模块

報警模块将蜂鸣器和LED灯设计到一起，通过三极管驱动蜂鸣器和LED工作，原理结构图如图所示。声光报警原理图如图3所示。

2.4 LED显示模块

本文的显示模块采用LCD1602液晶显示屏，这是一种使用相对广泛的字符型液晶显示器，是一种专门显示字母、数字和符号的显示器。它有14个引脚，D0-D7分别与STC89C52单片机的P0.0-P0.7对应[8]。采用直接控制方式，将命令写入到LCD1602中[9-11]，使用方便，并且结构稳定，非常符合本设计的需要。LCD1602显示屏原理图如图4所示。

2.5 驱动模块

出于简单方便、节约高效的考虑，本文的驱动模块使用了脉冲信号+驱动器+步进电机的工作方式，脉冲信号由STC89C52单片机产生，步进电机通过驱动电路将脉冲信号很好地转换为角位移。当液滴流速过快或者是过慢，通过红外传感器传到单片机中的信号，驱动电路便会及时驱动步进电机工作，通过正转与反转调动滴瓶的高度，达到调节滴速变化的目的。

3 软件设计

本文采用面向模块化的思想，用C语言进行单片机内部的程序设计，通过开发软件Keil进行系统的仿真与测试，软件系统则可通过PC直接编程和拷贝。系统主要由初始化模块、设置参数模块、数据处理模块、比较控制模块、信号处理模块、驱动电路模块组成。系统的程序流程图如图5所示。

4 结论

本文设计了基于STC89C52单片机的自动输液监控系统。以单片机为主要组成部分，搭配外围电路，实现了功能较为全面的自动输液监控系统，通过红外感应器完成信息的采集，将信息传输到单片机中，信息处理后，对不同信息做出不同的处理，降低了人力劳动，具有很强的科学实施性。采用C语言编程，数/模信息的转换，以及Keil开发软件进行系统的仿真与测试。本系统具有成本低、实用性强、安全简单、易操作的特点，具有较高的推广价值。但系统智能化程度较为低下，仍需要进一步的实验研究，改善这一方面的不足。

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