陈霜蝶

摘 要：本文以输液过程中输液越限报警以及滴速显示与控制为研究对象，确定各个部分的设计方案（包括硬件和软件），从而解决设计中遇到的难题。

关键词：儿童医院输液；监测及控制；方案设计

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2018）15-051-1

据了解，当前国内大多数医院中所使用的静脉输液器，大多都是采用悬挂方式，也就是依靠重力原理进行输液。而且，在整个输液过程中必须由医护人员或者家属不定时地进行巡视，耗费了不少人力资源。在医疗高峰期，还会出现输液结束，而医护人员却还没有及时发现并进行处理的情况，这种状况会造成不同程度的医疗事故，因此对于儿童医院来说，由于患者年龄较小，则更需要对输液速度进行控制及即时的调控。鉴于以上所述原因，设计和开发一种智能儿童医院输液监测报警、滴速控制系统。对输液临近结束进行及时报警，并在报警后进行滴速控制是切实可行的。

一、输液监测和控制的原理

儿童医院输液监测和控制这两个部分主要的思路是利用89C52单片机作为系统的控制中心，所以说也就是本设计的核心所在。

在监测部分采用的是光电传感器监测液面位置以及采用红外对管作为计数器精确计算出所滴液滴的计量（每1ml约20～25滴），再进行逻辑计算出剩余点滴液的余量从而产生警报的信号完成；而且可以利用显示屏显示出滴速、已经输入的量和剩余，也可以计算出用时多久可以点滴结束等相关信息；利用发光二极管和蜂鸣器作为报警装置。

在控制部分上，采用的是利用89C52单片机在接收到报警信号后产生一个指令，操作步进电机对点滴的软管粗细进行控制从而达到控制速度的目的。

该设计的软件设计是实现功能的主要工作。软件的设计是利用Keil为设计工具设计。该部分同样分成监测与控制两个部分。监测液位利用的是控制激光发射，检测光敏端电压的信号得以确定液面位置。滴速部分利用红外对管电路接收信号计算出滴速，并且显示到显示屏上去。在控制上由于是使用电机则参考电机的编程。

经过综合的考虑，笔者选择基于光电技术和单片机技术来实现本课题。

硬件设计上通过多种光电耦合传感器（激光发射与光敏电阻组合、红外对管组合）接收液位的检测和滴速的信号再使用89C51系列单片机处理所传信号后反馈出来由显示器（用于显示相关的滴速，已經输送的药液，以及预计还有多久完成输液）、报警器（采用声光电报警）、和控制器（步进电机控制输液管的直径）完成后续工作达到设计目的。

软件设计上采用C语言进行设计编程，这一部分也是可以按照功能上分模块完成设计和调试。当完成了上述的设计，我认为，这个设计也就基本完成了，可以说着一定程度上减少了在输液看护的压力。然而在设计还是有很多地方可以进行拓展和改进的，比如多个装置的组成系统，用于医院的系统化的规范化的需求；在功能上可以加入体温的检测，以防备输液的不适的监测；也可以增加对输入的药液加热的功能。

二、系统方案设计的选定

目前，液位检测是拥有非常多的方法的。按照传感器跟被测液体接触方式与否，把它分为接触式与非接触式两种。按照原理的不同又可以分为电容式和光电式、超声波式、射线式以及静压式等等。由于输液时候的药液是需要被输入人体内的，它具有一定的特殊性，检测液位的时候不能引入污染，并且不能改变其药理成分。因此，输液时候的液位检测应该采用的是非接触测量的方法；那么，又兼顾于精度和灵敏度这两个因素上。最终决定采用光电检测这一方法。

光电检测的基本原理是：根据液体在空气中的折射率不同，使得同一个光源的光在有和没有液体的时候产生的折射角度的不同，使得接收到光信号接收强弱不同的信号，产生不同大小的电流，从而分拣出高电平和低电平。以此来判断液体是否在所设定的液位之下。决定是否进行报警。

根据所知道的理论研究和实验，笔者总结了如下两种方案：

方案一：首先要设定出一个警戒液位，在输液的时候，一般都会希望药液能够尽可能多的输完，所以，警戒液位选择的应该尽可能的低一点，但是，在实际输液过程中，输液器中会有一些高度的插头，同时，还要考虑到给医护人员留有一定的时间赶到拔针头换药。所以，在选定警戒液位的时候应该略高于输液器的插头。如图光路示意图所示：

在设定警戒液位的地方，药瓶的外壁感受到光源发出的光，药瓶对它产生折射后，瓶内的药液再对它进行折射，最终光到达瓶的内壁，接着经过药瓶对它的折射后进入到空气中，被放置的灵敏型光敏电阻传感器接收到。由于药瓶这个部位为弧形，所以，在它的光路上会因为光的折射而略有上翘。而当瓶内的药液下降到先前所设定的警戒位置时，由于空气和药液的折射率有所不同，它的光路会因此发生变位，使得原来照射到灵敏型光敏电阻上的光发生偏转，而这个时候的灵敏型光敏电阻只能接收到灯光（或者自然光），而使得光的强度大大减弱，从而使数字输出端输出高电平，此时单片机接收到信号，实现报警功能。

方案二：如图光路示意图所示。

为了检测液面的上限，中线源和容器的中心线必须有一个反应，否则，我们将不能确定液体是否已经达到所设定的位置。具体原理和方案一相同，但是由于光所经过的路线不同，光电传感器有一些部分的结构在制作时会有不同的要求。

综合以上，比较方案一和方案二，方案二设定的报警位置，提前量比方案一大，而方案一的报警提前量较小，在实际输液过程中，可以尽可能多地输完瓶中的药液，避免造成不必要的药物浪费。因此，方案一的设计，所进行的报警提前量较为适用。