基于單片機(jī)的智能輸液系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

李靜 胡一經(jīng)

（桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院，廣西 桂林 541004）

基于單片機(jī)的智能輸液系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

李靜 胡一經(jīng)

（桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院，廣西 桂林 541004）

本設(shè)計(jì)以AT89S52為控制核心，使用液位傳感器和電磁夾管閥，繼電器等主要元件來實(shí)現(xiàn)吊瓶自動(dòng)切換，選用步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)液滴速度的控制，采用顯示屏，按鍵，LED，警報(bào)器等輔助元件來為病人或醫(yī)務(wù)工作者提供和顯示實(shí)時(shí)信息，實(shí)現(xiàn)了智能報(bào)警和監(jiān)控等功能。

單片機(jī)；吊瓶自動(dòng)切換；液位檢測；滴速控制

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)中國現(xiàn)在是一個(gè)輸液大國，一年百億的輸液瓶，平均每人八瓶的龐大輸液量，造成很多醫(yī)院輸液廳時(shí)常人滿為患，護(hù)士人手不足，并且輸液裝置還停留在傳統(tǒng)方式，缺少智能化和信息化，導(dǎo)致病人輸液得不到完善的照顧，出現(xiàn)很多醫(yī)療糾紛［1］。智能輸液系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要在于減輕門診的工作量，可以減少護(hù)士工作時(shí)間和工作負(fù)擔(dān)，提高病人輸液的舒適度與安全性。

1 整體設(shè)計(jì)方案

智能輸液系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于AT89C52單片機(jī)為控制核心，液位傳感器檢測到警戒水位，將信號(hào)傳遞給控制核心，控制核心根據(jù)接收到的信號(hào)來選擇電子夾具的通電與斷開，繼而控制點(diǎn)滴瓶，來達(dá)到智能切換點(diǎn)滴瓶的要求，電源模塊作為整個(gè)系統(tǒng)的供電電源，按鍵來設(shè)定初始點(diǎn)滴瓶數(shù)，并在顯示屏上明確的顯示出來，還可控制步進(jìn)電機(jī)以控制點(diǎn)滴速度，無線遙控器可以遠(yuǎn)程設(shè)置初始點(diǎn)滴瓶數(shù)，紅外檢測點(diǎn)滴信號(hào)給信號(hào)主控芯片，主控芯片處理并使警報(bào)器和指示燈工作。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 輸液瓶自動(dòng)切換電路設(shè)計(jì)

進(jìn)行輸液瓶的自動(dòng)切換，就要涉及到點(diǎn)滴瓶的截流，當(dāng)開始輸液第一瓶時(shí)，后面的輸液瓶就要進(jìn)行截流，使用電磁閥夾緊輸液管，實(shí)現(xiàn)液體的截流工作。其工作方式就是閥體內(nèi)的大型線圈通電，因?yàn)榇盆F異性相吸的原理，使得和永磁鐵相連的夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行夾管操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)液體的截流操作。輸液瓶自動(dòng)切換電路使用繼電器模塊控制電磁夾管閥打開和關(guān)閉來完成，電路如下圖2-1所示：

圖2-1 輸液瓶自動(dòng)切換電路

電路中光耦起到高低壓隔離，提高抗干擾性的作用。光耦工作電壓5V，電磁閥工作電壓12V。通過給信號(hào)三極管s8050的導(dǎo)通與關(guān)斷來控制繼電器（圖中K3、K5）的線圈通電與否，從而控制常閉與常開觸點(diǎn)的吸合與打開，最終控制電磁閥（常閉鉗式夾管閥，J3、J7處）接通和關(guān)斷。

2.2 液位檢測電路

運(yùn)用非接觸式缺水傳感器（型號(hào)RFG-12VS）檢測輸液瓶內(nèi)的液位情況，缺水式傳感器自身集成了反相器，就不用設(shè)計(jì)外圍電路，直接把傳感器與單片機(jī)引腳相連。將缺水式液位傳感器安裝于吊瓶上，緊貼輸液瓶，檢測到有液體時(shí)不輸出信號(hào)，當(dāng)檢測到無液體時(shí)，給單片機(jī)傳輸信號(hào)，單片機(jī)在接到相應(yīng)信號(hào)的時(shí)候，發(fā)出指令給電磁夾管閥，控制其夾緊與松開，從而控制多瓶輸液瓶按順序自動(dòng)切換進(jìn)行輸液。缺水式液位傳感器檢測液位適用于不同規(guī)格的輸液瓶，而且沒有復(fù)雜的電路，體積小，使用簡單。缺水式液位傳感器放置在輸液箱里，其輸出腳與單片機(jī)有線連接。圖2-2為缺水式液位傳感器。

圖2-2 缺水式液位傳感器

2.3 點(diǎn)滴檢測和控制電路

點(diǎn)滴計(jì)數(shù)用紅外對(duì)管接收模塊（TCRT5000 ）測量出液滴的下落速度，檢測到液滴下落就產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)通過計(jì)算，把結(jié)果顯示在數(shù)碼管上［2］。如果檢測到滴速與設(shè)置的滴速不一致，采用微型推桿步進(jìn)電機(jī)，通過調(diào)整步進(jìn)數(shù)來控制液體的滴速。點(diǎn)滴檢測圖中的工作電壓5V，JP1的接線端子直接接單片機(jī) ，把液滴信號(hào)傳給單片機(jī)。

圖2-3 點(diǎn)滴檢測和控制電路

3 實(shí)驗(yàn)調(diào)試

在輸液系統(tǒng)的模擬仿真中，使用開關(guān)作為模擬液位傳感器的器件，測試程序在理想狀況準(zhǔn)確接收到信號(hào)下，是否能做出正確的反應(yīng)。從觀察單片機(jī)的IO口的高低電平判斷出輸液瓶是否有正確的動(dòng)作。在測試中多次出現(xiàn)提前報(bào)警，提前打開不應(yīng)打開的電磁夾管閥，多次測試判斷為繼電器的瞬間關(guān)閉，產(chǎn)生了極大的回流電流，對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生了極大的干擾，而導(dǎo)致單片機(jī)出現(xiàn)了很大的執(zhí)行錯(cuò)誤。解決方法為將繼電器控制端和信號(hào)端分別進(jìn)行兩路單獨(dú)供電，有效的消除回流電流對(duì)單片機(jī)的影響。

在對(duì)液滴檢測進(jìn)行調(diào)試時(shí)，出現(xiàn)了檢測液滴的實(shí)時(shí)性不好，表現(xiàn)為檢測速度不快，以調(diào)節(jié)了液滴速度一段時(shí)間后才能在數(shù)碼管顯現(xiàn)出來液滴的變化，此為程序參數(shù)的問題，更快的顯示估計(jì)下落液滴的速度，設(shè)置為記錄液滴與液滴間的時(shí)間間隔，這樣做可以達(dá)到實(shí)時(shí)檢測的效果，連貫性更好，但是誤差會(huì)隨之增大。因?yàn)闄z測時(shí)計(jì)算會(huì)省略小數(shù)點(diǎn)之后的數(shù)值，最大誤差為0.9，當(dāng)液滴流速為10滴/分鐘，誤差率為10%，以上調(diào)整可能會(huì)出現(xiàn)50ms的誤差，也只是會(huì)增加5%左右的誤差率。

4 結(jié)論

整個(gè)智能輸液系統(tǒng)，以STC89C51為控制核心，支持最多三瓶輸液瓶的自動(dòng)切換，可以電動(dòng)控制輸液滴數(shù)，可以自動(dòng)切換吊瓶。智能輸液系統(tǒng)可應(yīng)用于診所、各大醫(yī)院輸液室等［3］。

［1］ 郭雯，王海濤. 智能輸液系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用［J］. 醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2012，33（11） .

［2］ 伍玉，陳曉君.液體點(diǎn)滴速度檢測裝置［J］. 電子設(shè)計(jì)工程，2009，7（7）.

TP277

A

1003-5168（2015）11-150-02

李靜（1983-），女，漢族，陜西人，桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院講師，主要從事機(jī)械電子工程、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用及機(jī)器人技術(shù)研究。