孙佰顺 武传佳 李洪亮

无线液体点滴速度监控装置的设计

孙佰顺 武传佳 李洪亮

Point

输液速度的快慢直接影响药效以及患者生命安全。临床上人为监控误差大、可操作性差，使得输液速度很难实时控制。本文设计的液体的点滴速度监控装置利用红外传感器实时检测输液的速度，将采集的点滴速度实时无线传输给控制中心，控制中心通过与设定速度比对发出无线控制信号，来调节流速调节器来调节液体的流速，从而实现点滴速度自动调节。本设计只需将速度检测和速度调节部分固定在一次输液器上即可使用，无需专用输液器，也可扩展应用到其他液体速度监控装置领域。

点滴输液是临床上最为常见的治疗方法之一，大部分药物的输液速度都有严格的规范。由于在输液前人工控制速度存在误差，在输液过程中人工监护输液速度工作量大很难保证输液的速度。目前的研制点滴液体速度监控装置大多都为有线检测装置且需要通过输液瓶的高度来调节点滴的速度，这些点滴输液器需要专用的输液器使得输液成本加大，很难在医疗市场推广。为了解决以上问题，本文设计了一款无线液体点滴速度监控装置。该系统以单片机STC89C52为控制中心，采用红外发射接收对管装置检测液滴速度，并实时将检测的速度值无线发送给控制中心，控制中心根据传输的速度值来实时发送控制信号给液体调速模块来实时调节液体流速，从而实现点滴流速自动监控的目的。

1.硬件设计

本系统硬件采用模块化设计，如图1所示，包括速度检测、控制中心、速度调节三个模块。每个某块都是一个独立的系统均可以独立工作。速度检测部分检测输液速度值并将速度信号实时传输给控制中心；控制中心部分主要负责接收检测部分的速度数据信号，根据接收的速度值来判断是否需要调速，若需要调速则向速度调节模块发送速度调节模块信号；速度调节再接收到速度调节信号后，判断是速度增加还是减少信号然后驱动步进电机调节液体流速调节器的调节滚轮来增加或减少点滴输液速度。

图1 硬件原理框图

1.1 控制中心电路

控制中心包括无线收发模块、电源、单片机、按键以及显示五部分电路组成。电源电路为电路提供稳定的电源。本系统采用单片机是价格低廉、可操作性强的STC89C52单片，单片机是整个控制中心的核心，它将速度检测发送来的信号进行处理去除一些干扰信号，并将无线传输来的速度信号与设定的速度信号进行运算来判断是增加速度还是减少速度；并将速度控制信号通过无线收发模块发送液体流速调节模块；无线收发模块采用成本较低，性能稳定的CC1000芯片实现数据的无线传输；通过按键电路可以根据输液要求设置点滴的输液速度；利用LM1602型LCD实时显示点滴速度。

1.2 检测电路

点滴的流速检测电路采用精度高、反应快、非接触的光电检测方法来检测点滴的液体流速。点滴速度检测电路如图2所示，当没有液滴落下时接收管D2会接收到光束，三极管Q1截止，out端输出高电平；当有液滴落下时，液滴会阻挡发射管与接收管之间的光路，使接收管D2接收不到光束，Q1饱和导通，out端输出低电平。out端输出的高电平经P1接口传输给计数电路，由计数电路计数并累加，记下一段时间内液滴下落的滴数，这样就能算出点滴的速度，计算出的点滴速度将会实时通过无线传输芯片传输给控制中心。

图2 液滴速度检测电路

1.3 速度调节电路

点滴速度可以通过调节输液瓶的高度和液体流速调节器来调节点滴输液速度。前者调节的速度受纵向空间的限制，液体流速调节范围小，且其机械装置复杂不易操作无法在临床上广泛推广。后者─液体流速调节器进无需改变输液瓶的高度，只需滚动液体流速调节器的滚轮就可调节液体的流速。本系统设计的速度调节电路主要包括无线收发模块、步进电机驱动电路、电源三部分组成。无线收发模块接收控制中心发来的数据控制信号，数据控制信号传输给电机驱动电路，驱动电机正反转调节流速调节器的滚轮前后移动来调节液体的流速。由于步进电机行程控制精准，正反转只需改变控制线的通电顺序即可实现，故通过点滴的流速调节器可实现液体精准流速控制。

2.软件设计

如图所示，本系统的软件设计采用模块化设计，主要包括数据收发、数据处理、按键、显示四个模块，主程序只需调用各个模块即可实现系统的功能。数据收发程序主要工作原理为数据接收程序不断扫描接收来自速度检测电路的无线信号；数据发送程序负责将速度控制信号无线传输给速度调节电路。数值处理模块主要负责将来自的速度检测的速度信号滤波以滤除干扰信号，并将检测的速度与设定速度运算得出两者的大小关系，若两者相等则不发出调速控制信号；若检测速度大于设定速度则发出降低速度控制信号；若检测速度小于设定速度则发出增加速度控制信号；若检测速度为零则发出拔针信号。按键某块主要负责点滴的流速设置以及拔针信号的清除工作。显示模块负责显示设定流速值、当前流速值以及拔针信号。

图3 软件设计

小结

本文设计一款无线点滴流速自动监控装置可以实现点滴的流速自动监控。系统采用无线模块化设计，每个模块均可独立工作。该装置无需设计专业输液器，使用时只需将无线流速检测和流速调节模块固定在一次输液器上即可实现点滴流速的自动监控功能。该系统采用流速调节器调节点滴流速具有调节精度高、调节速率快以及调节速度范围大等特点，具有较好的医疗市场发展前景。

（作者单位：孙佰顺，吉林医药学院；武传佳，吉林市中心医院；李洪亮，吉林医药学院）