朱多佳，胡欣宇

（山西农业大学 软件学院，山西 太谷 030801）

0 引 言

输液是临床医学最常用的治疗手段。在病人输液过程中，往往由于病人体质虚弱、昏迷、入睡或者医护人员正在别处忙碌等而无法留意输液全过程，因此需要专人监护，不仅加重了护理人员的劳动负担，也不利于病区的综合管理[1,2]。输液完毕后，若不及时处理，病人的血液就会因空管而倒流入输液针管内，时间稍长会使扎针处严重肿胀；若处理过早，即药液还未输尽就取管摘瓶又会造成药液的浪费，因此，常引发病人的不满以至投诉[3]。本系统是一款便利且轻巧的点滴速度报警器，不仅可以减轻医护人员的工作负担，还可给病人营造出更加安心舒适的就医环境，减轻病人的心理负担，减少医患之间的矛盾。

1 工作原理

1.1 系统原理

本文设计的输液系统根据光电感应原理制成。当光线变化时，会使阻挡发射部分和接收部分的电信号瞬间变化，这种变化可将光信号转换为电信号，供相关电路检测。由于本款产品具有设计小巧、价格低廉等优点，可广泛应用于各种门诊、社区服务中心等。相较于传统高精度、昂贵的点滴监控设备，该产品可面向更广大的受众群体 ，便于更多患者使用。系统架构如图1所示。

1.1.1 单片机最小系统

单片机最小系统是指用最少的元件组成的可以工作的单片机系统。

本文单片机最小系统由电源接口，开关，时钟电路，下载接口，复位电路和STC89C52单片机组成。

图1 系统架构图

STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8 kB系统可编程FLASH存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，并做了较多改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能[4,5]。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和系统可编程FLASH，使得STC89C52可为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、有效的解决方案[6,7]。

1.1.2 液滴检测基于红外对射传感器

红外对射式传感器功能齐全，灵敏度高，体积小，有效距离长，抗震性能好，不易受干扰，低功耗，响应时间快，使用寿命长，液滴检测稳定且成本低，完全符合高精度医疗设备的需求[8]。通过测量计算两点滴下落的间隔就可确定滴速。

红外对射传感器使用红外线发射管持续供电，当接收管被遮挡时，输出高电平，反之则输出低电平。

1.2 检测流程

1.2.1 液滴检测流程

本设计中的滴速计算可防止由滴速引起的患者输液不适。通过控制电机来控制液瓶的高低以调节滴速。超速时可报警。其中外围数据处理与显示模块由软件程序完成，具体流程如图2所示。

图2 液滴检测流程图

1.2.2 速度检测子程序

本系统采用红外对管用于信号发射接收，当检测到液滴时信号发生变化，产生相应的脉冲，通过记录两次液滴的信号变化，借助程序运算即可得出液滴滴速[9,10]，检测子程序框图如图3所示。

图3 检测子程序框图

1.2.3 电机控制子程序

电机运动根据系统状态设定。若在设定范围内，则不会有动作；若小于设定值，则进入正转程序，反之进入反转程序。电机控制程序如图4所示。

图4 电机控制程序框图

1.2.4 键盘程序

本系统设计有复位键，首先程序会检测有无按键输入，若无则单片机无动作，若有则进行其他程序动作。同时根据需要拓展了“加”“减”和“报警”功能，通过“加”“减”按键来设定滴速大小[11,12]。报警设计为主动和自动两种形式：当有人按报警键时，可以自动报警；若无人按键，当触发报警程序时，10 s内若无人处理则会自动报警。报警结束后停止滴液，以保证病人安全。

2 本设计具有的功能

2.1 测速控制

系统可通过1 s内所获得的脉冲数来检测滴液速度，并将其显示在显示屏上。若需要更精准地测量滴液速度，则可通过用户按键的方式自定义获得脉冲时间，当无点滴落下时可自动阻断进程。

2.2 点滴计数

系统可记录液滴的滴数，并将其显示在显示屏上。点滴每滴落一次，信号处理电路中的红色发光二极管便随之闪烁一次，检测原理如图5所示。

图5 点滴检测原理图

2.3 回血检测

红外对管用于发射接收。由于血液的颜色比较深，遮挡红外光线后，可检测到信号，从而进行中断报警[10]。

2.4 数码显示

数码显示采用数码管，在满足显示方案数据的条件下，数码管不仅编程简单 ，还具有低能耗、低损耗和寿命长等特征，对环境的要求较低。

系统包含两个显示界面。其中一个显示界面主要与点滴速度有关，界面显示的内容主要包括点滴速度（单位为P/min），另一个界面可供用户自主设置系统最低限和最高限。

2.5 蜂鸣报警

以蜂鸣器鸣响和报警指示电路中的红色发光二极管是否发光作为报警提示，在输液结束后提醒医护人员和患者及其家属。此外，如果和无线模块连接，无线模块也具有报警功能。

2.6 按键输入

用户可通过硬件设备上的按键设置测量每分钟点滴的最高限和最低限。

3 系统测试

制作完成后进行测试，检查是否符合要求。具体包括硬件测试与软件测试。智能输液器实物如图6所示。

3.1 硬件测试

硬件测试依次为传感器及数据采集部分测试、通信电路测试、电机运行测试等，通过调整时间与点滴速度来控制精度。

图6 智能输液器实物图

3.2 软件测试

软件测试是一个自下而上、逐步集成的过程，本系统采用自下而上的测试方法。

3.3 点滴报警系统测试结果

改变主机键盘输液速度的设定值，以测试系统的调节效果和响应速度，发现两者均正常，基本可以自动完成调节，且误差范围在0～5%之间，测试结果见表1所列。

表1 点滴报警系统测试结果

4 结 语

本文系统由单片机及电机键盘等组成，主要功能有：可设置及显示滴液速度，自行设置滴速；当输液速度不在设定范围内时，自动报警并调节；当输液过程中出现特殊情况时可自行报警；当输液结束或出现紧急情况时可及时提醒护士，无需护士每时每刻亲自监测患者的输液情况。本系统操作简洁、便利，减轻了医护人员的劳动强度，减少了病患家属的陪护，有利于提高医护质量，进一步提高了医院服务系统的智能化水平，是一种可以针对多个床位进行独立监测的智能输液监控系统，在现代医疗事业中具有较大的实用价值，推动了智能医疗事业自动化的发展，且对于设备结构的分析和电子设计的研究具有重要的现实意义。

[1]陈珏晓，程显佳，杨雪莲，等.基于单片机的液体点滴速度监控装置设计[J]. 湖南邮电职业技术学院学报，2012，11（1） ：47-53.

[2]江勇.基于AT89C51的输液远程监控系统的研究[D].昆明：昆明理工大学，2007.

[3]聂茹.基于单片机的银行报警系统[J].微处理机，2016，37（4）：67-70.

[4]潘言全.多路电器遥控器的研究[J].科学技术创新，2014（16）：78.

[5]侯进旺.基于STC89C52单片机应用于矩阵整流器应用的研究[J].电子世界，2016（11）：133.

[6] 张永.输液监测与控制系统设计[D].大连：大连交通大学，2008.

[7] 南昌航空大学单片机课程设计-温度的采集与控制[Z].

[8] 胡鑫凤，周璐，孙一文，等.基于51单片机的大学生宿舍用电管理系统[J].电子制作.2013（18）：37-38.

[9] 王海，王建卫，周熠，等.基于单片机STC89C51输液监控装置报警系统的设计[J].电子制作，2016（23）：20.

[10] 赵艺兵，杨泳雪.多功能捡球机器人的研制[J].组合机床与自动化加工技术， 2015（9）：129-131.

[11] 华俊芳.基于单片机的智能垃圾桶的设计[J].电子世界，2017（8）：116.

[12] 黄佳军，项辉宇，刘倩倩，等. 基于STC89C52单片机的可控旋转视觉试验台的设计[J].机电产品开发与创新，2014，27（3）：121-124.