基于GSM的智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

白龍 孫霄霄 劉潔 姚鵬 劉博強(qiáng)

摘 要：針對目前醫(yī)院中點(diǎn)滴輸液所存在的問題，以STC89C52單片機(jī)為控制核心，通過CAN總線構(gòu)成有線網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了一種多功能液體點(diǎn)滴監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了滴速的實(shí)時(shí)控制和輸液結(jié)束提示，使輸液過程更加安全，降低了護(hù)士和陪護(hù)人員的勞動強(qiáng)度，同時(shí)系統(tǒng)的GSM模塊為醫(yī)生查房、換藥、書寫病歷等起到了輔助作用，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：GSM；STC89C52；CAN；監(jiān)控系統(tǒng)

引言

點(diǎn)滴輸液是醫(yī)院非常重要的醫(yī)療手段。點(diǎn)滴輸液過程中主要問題有兩個(gè)：一是調(diào)整輸液速度，點(diǎn)滴過快、過慢都會影響治療效果和病人的休息；二是監(jiān)視瓶中的藥液，當(dāng)藥液滴完，及時(shí)換藥或拔除針頭[1]。因此，需要一種準(zhǔn)確調(diào)整滴速，并且當(dāng)藥液快滴完的時(shí)候并能及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，提示護(hù)士拔除針頭的自動監(jiān)控裝置，使點(diǎn)滴輸液更加安全和方便。

本設(shè)計(jì)針對上述問題，運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)、紅外線光電傳感器與GSM手機(jī)模塊組成一個(gè)分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)， 實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)滴輸液的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并具有手機(jī)短信提示、病人治療基本情況查詢等功能。從而減輕了護(hù)士的工作量，同時(shí)為醫(yī)生查房、換藥、書寫病歷等起到了輔助作用。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由醫(yī)務(wù)監(jiān)控中心和病房監(jiān)控從機(jī)構(gòu)成（以某一病房為例）。醫(yī)務(wù)監(jiān)控中心主要由護(hù)士站和醫(yī)生辦公室的計(jì)算機(jī)組成，并配以GSM手機(jī)通信模塊。

病房監(jiān)控從機(jī)以STC89C52單片機(jī)為控制器，通過紅外傳感器對點(diǎn)滴速度和液位進(jìn)行監(jiān)測，將監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上，使患者本人知道當(dāng)前輸液狀態(tài)，并利用雙極性步進(jìn)電機(jī)拖動、控制儲液瓶的高度，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)滴速度的自動調(diào)節(jié)，當(dāng)儲液瓶中剩余藥液高度達(dá)到2～3cm或有異常情況時(shí)，可由報(bào)警裝置立即報(bào)警。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 從機(jī)主控模塊

病房監(jiān)控從機(jī)主要完成滴速與液位的監(jiān)測，并將輸液過程中的動態(tài)信息通過液晶屏顯示給患者，當(dāng)有異常情況時(shí)，可及時(shí)報(bào)警。監(jiān)控從機(jī)以臺灣宏晶公司的STC89C52單片機(jī)為控制核心，STC89C52內(nèi)置可反復(fù)擦寫的Flash存儲器，具有在線編程功能，開發(fā)成本低，便于系統(tǒng)維護(hù)和升級[2]。顯示部分采用JM12864M漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，通過單片機(jī)模擬SPI接口進(jìn)行控制，可以動態(tài)顯示輸液信息，主要包括當(dāng)前滴速（滴/分）和病房從機(jī)的ID號。

2.2 滴速和液位檢測模塊

滴速和液位的測量由非接觸式紅外傳感器完成，此傳感器輸出信號變化明顯，靈敏度高，通過感光元件對變化的入射光加以接收，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，且發(fā)光元件和接收元件的光軸是重合的。當(dāng)液滴經(jīng)過兩者之間時(shí)，會阻斷光路，使接收元件接收不到來自發(fā)光元件的光，進(jìn)而輸出一個(gè)脈沖信號，設(shè)置單片機(jī)每接收一個(gè)脈沖就中斷一次，單位時(shí)間脈沖信號的個(gè)數(shù)就是滴速。由于兩個(gè)傳感器的輸出信號不穩(wěn)定，因此采用集成施密特觸發(fā)器的74HC14整形，從而獲得規(guī)則的脈沖信號[3]。

2.3 滴速控制模塊

通過控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來改變滴斗與地面的距離，根據(jù)滴斗高度與滴速的對應(yīng)關(guān)系，以達(dá)到控制點(diǎn)滴滴落速度的目的。點(diǎn)滴速度控制電路采用專用的步進(jìn)電機(jī)控制芯片L298。雙全橋式驅(qū)動器L298在6～46V的電壓下可提供2A的額定電流，用較小的封裝提供強(qiáng)大的驅(qū)動能力，帶有電流反饋輸出，并有過熱自動關(guān)斷功能，它的外部需要連接續(xù)流二極管。

2.4 GSM模塊

TC35i是Siemeils公司推出的新一代工業(yè)級GSM模塊。自帶RS232通信接口，可以方便地與PC機(jī)、單片機(jī)連機(jī)通訊?？梢钥煽?、安全、快速地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸和短消息服務(wù)。TC35i模塊的工作電壓為3.3～4.8V，可工作在休眠和空閑狀態(tài)。本系統(tǒng)中利用STC89C52的UART口經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后與TC35i相連，另用兩個(gè)I/O口控制GSM模塊的復(fù)位和開機(jī)。這樣下位機(jī)就可以在第一時(shí)間利用GSM模塊向護(hù)士和醫(yī)生發(fā)送相關(guān)信息了，醫(yī)護(hù)人員的SIM卡號可通過護(hù)士站上位機(jī)軟件寫入到下位機(jī)的E2PROM中。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)通信

醫(yī)務(wù)監(jiān)控中心（護(hù)士站）和病房監(jiān)控從機(jī)通過CAN總線進(jìn)行有線通信，每個(gè)病房有獨(dú)立的ID號，通信時(shí)先由主機(jī)發(fā)出地址幀，ID號匹配的從機(jī)與主機(jī)通信，完成點(diǎn)滴狀態(tài)信息的上傳和控制設(shè)定。而醫(yī)生可通過GSM手機(jī)模塊第一時(shí)間獲知患者輸液結(jié)束等相關(guān)消息，為安排相應(yīng)處置（換藥、查體、輔助檢查等）做好準(zhǔn)備。

護(hù)士站PC機(jī)的操作軟件利用VC++編寫，上位機(jī)軟件的功能是設(shè)定點(diǎn)滴速度，然后送給病房的下位機(jī)，當(dāng)點(diǎn)滴瓶中的液體還剩2～3cm時(shí)，紅外對管接收到信號并傳送給單片機(jī)，單片機(jī)通過蜂鳴器報(bào)警，提示病人及陪護(hù)人員，同時(shí)將報(bào)警信息送給上位機(jī)，在上位機(jī)的接收區(qū)會顯示接收到的報(bào)警數(shù)據(jù)，指示燈會變成紅色作為報(bào)警。

3.2 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)軟件主要是完成點(diǎn)滴速度的檢測、調(diào)節(jié)和顯示、液位檢測和報(bào)警，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)等命令。設(shè)計(jì)的主要思路是，將液滴探測電路的輸出信號輸入單片機(jī)的外部中斷，同時(shí)利用片內(nèi)定時(shí)計(jì)數(shù)器測出點(diǎn)滴的滴數(shù)和所需要時(shí)間，測三次后取其平均值，作為當(dāng)前的滴速值。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)旨在使點(diǎn)滴輸液的控制智能化和網(wǎng)絡(luò)化，提高醫(yī)療設(shè)備的自動化水平。經(jīng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境調(diào)試后，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論。滴速誤差小于±5（滴/分鐘），相對誤差控制在 5%以內(nèi)；輸液即將結(jié)束時(shí)病房下位機(jī)可及時(shí)報(bào)警并通知醫(yī)護(hù)人員；GSM模塊很好地輔助醫(yī)生完成了查房、換藥、書寫病歷等工作。因此，本智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)能夠完成對點(diǎn)滴過程的有效控制，讓病人感覺到輸液更加安全、放心，同時(shí)為醫(yī)護(hù)工作提供便利，具有較高的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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[3]李 ，余學(xué)飛，陳光杰，等.基于單片機(jī)的輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].醫(yī)療設(shè)備信息，2006，21（6）：13-14.

[4]楊欣宇，劉正亮.基于AT89C51的液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，21（6）：55-57.

作者簡介：白龍，牡丹江師范學(xué)院，碩士研究生，講師，研究方向：智能檢測與控制。