基于單片機的智能點滴輸液控制系統(tǒng)設(shè)計

肖世金 張濤 盧涵宇

摘要：針對人們打點滴過程輸液速度監(jiān)測與控制難的問題。本文設(shè)計了一種基于單片機的智能點滴輸液控制系統(tǒng)，系統(tǒng)以PIC單片機為核心，輔以步進電機驅(qū)動、鍵盤、LCD顯示、光電傳感器采集數(shù)據(jù)等外圍電路組成，實現(xiàn)了對點滴滴速的檢測與控制、對儲液瓶中液面體積的檢測報警，并且動態(tài)顯示輸液速度。整個裝置操作簡單，成本低，實用性強。

關(guān)鍵詞：單片機;智能點滴;輸液控制;光電傳感器

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）18-0211-03

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

隨著我國計算機技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用，醫(yī)療事業(yè)的智能化水平也逐漸提高。在大多數(shù)綜合醫(yī)院，輸液護理的自動化程度和智能程度不高，傳統(tǒng)輸液過程中存在著輸液速度不精、并且在出現(xiàn)針頭堵塞，掉落速度異常、輸液結(jié)束等時不易發(fā)現(xiàn)、需要人工監(jiān)護從而耗費大量人力和時間等弊端，稍微不謹慎，易導致醫(yī)療事故發(fā)生。

本文設(shè)計了一種基于PIC單片機的點滴輸液控制系統(tǒng)。系統(tǒng)能實現(xiàn)點滴輸液速度檢測與控制、異常情況的顯示報警功能，實現(xiàn)系統(tǒng)管理的人性化，提高了醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量，及時滿足病人的特殊需求等。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案要求

本文設(shè)計的系統(tǒng)應(yīng)用于實際生活中的臨床醫(yī)學，應(yīng)能靈活操作，設(shè)置參數(shù)方面應(yīng)能精確設(shè)置，檢測數(shù)據(jù)方面要求達到的精確度更要高，抗干擾性要求高。所以設(shè)計遵循以下幾個要求：（1）實時性：在短時間間隔內(nèi)就能對系統(tǒng)進行檢測;（2）可靠性：要以病人安全為中心，檢測一旦出錯就要及時做出處理;（3）準確性：檢測出的滴速及數(shù)字化的部分一定要夠準確;（4）靈活性和通用性：將具有不同功能的幾個模塊組合起來;（5）抗干擾性：在外界因素如光之類的影響下不受干擾。

2 主要硬件設(shè)計

2.1 主控電路

主控電路由單片機實現(xiàn)，最小系統(tǒng)就是讓單片機實現(xiàn)正常工作所必須的最基本的電路條件。包括電源電路（+5V接vcc）、復(fù)位電路（采用按鍵復(fù)位、低電平有效）、時鐘電路（晶振選擇4MHZ）。原理如圖1所示。

2.2 滴速檢測電路

實現(xiàn)滴速實時檢測，滴速檢測是本次設(shè)計系統(tǒng)的重要部分之一，是否能準確地對滴速進行檢測，還需要光電傳感技術(shù)，本設(shè)計選擇三枚紅外發(fā)射管和一枚紅外接收管配合組成一套傳感器，如圖2所示。

當沒有液滴通過時，紅外接收器將輸出高電平，因為此時沒有阻礙，是處于完全導通狀態(tài)的。當有液滴通過時，則會產(chǎn)生不同程度的負向脈沖，并且脈沖的數(shù)量對應(yīng)于液滴的數(shù)量。可以通過測量落在一分鐘內(nèi)的脈沖數(shù)來確定液滴速度。

2.3 點滴速度控制電路

脈沖數(shù)用來控制電機位移，脈沖頻率用于控制速度，由單片機輸出脈沖信號使電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，控制輸液管的夾緊程度，恢復(fù)滴速達到設(shè)定速度，步進電機不能直接連接到交流和直流電源，必須使用特殊的設(shè)備，也就是我們常說的步進電機驅(qū)動器。除了電動機本身的性能之外，步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于驅(qū)動器。如圖3所示。

2.4 鍵盤顯示電路

本設(shè)計采用LCD1602 LCD液晶顯示屏，可顯示2行。引腳為8條數(shù)據(jù)線，控制線和電源線各三條。其中R/W是讀寫引腳。當引腳為1時，請閱讀操作。當引腳為0時，寫入操作，一般寫入，因此引腳通常接地。

2.5 聲光報警電路

聲光報警模塊主要通PIC16F877的I，0端口控制蜂鳴器和發(fā)光二極管。首先，設(shè)置固定數(shù)量的液滴作為報警信號，如果檢測電路檢測到設(shè)定值，PIC16 F877單片機會立即控制聲光報警裝置的報警并控制電機進入低速旋轉(zhuǎn)模式，將警報信息準確地發(fā)送給醫(yī)務(wù)人員。

2.6 滴速按鍵電路

在本點滴輸液控制系統(tǒng)中，一共會用到八個獨立按鍵，每個按鍵給個低電平啟動，系統(tǒng)中的復(fù)位按鍵包含在最小系統(tǒng)中，RCO、RC1、RC2接口分別接滴速檢測按鍵、對滴速的加減按鍵，如圖4所示。

2.7 通信模塊

本設(shè)計使用的通信模塊主要是用到ESP8266，它是一款低功耗，高集成度的Wi-Fi芯片，僅需7個外圍元件，工作溫度范圍寬：-400C至+1250C ESP8285-ESP8266封閉式8 Mbit閃存（ FIASH），也是一款非常便宜的Wi-Fi串行解決方案模塊。它可以開發(fā)Arduino庫，生成移動APP，也可以傳輸?shù)胶笈_計算機，進行報警和搜索。

2.8 電源電路

該系統(tǒng)所有芯片都需要+5V的工作電壓，10節(jié)電池電壓為12V，則需要7805穩(wěn)壓芯片。主要思路為變壓一穩(wěn)壓。C1、C2分別為輸入端和輸出端濾波電容，7805能提供小于1.5A的電流，足以滿足芯片供電的要求。

3 系統(tǒng)軟件與仿真

3.1系統(tǒng)軟件程序

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要分五大模塊：系統(tǒng)主程序模塊、滴速檢測程序模塊、電機控制模塊程序模塊、鍵盤程序模塊、聲光報警程序模塊。模擬滴度信號由滴數(shù)檢測鍵給出模擬的滴數(shù)信號。該信號是一定的高低脈沖信號，通過相應(yīng)的接口提供給PIC單片機，由PIC輸出信號，經(jīng)過一系列過程，最終鍵盤將會顯示模擬檢測到的滴速、設(shè)置的滴速。如圖5所示

3.2 系統(tǒng)仿真

（1）首先打開Proteus 8 Professional軟件進入New Project頁面，找到元器件查詢工具Component Mode，點擊左邊的P符號在Keywords里面將電阻、電容、PIC16F877型號單片機、蜂鳴器、電動機驅(qū)動芯片、LCD顯示器等所需元器件添加在P符號下面的預(yù)覽框里，最后將器件全部添加到編輯框里進行連線。

（2）在PIC系列單片機的專用開發(fā)環(huán)境MPIAB IDE 8.92下，以PICC編譯器作為編譯環(huán)境，通過完成配置后分別完成各個模塊的代碼編寫，調(diào)試。

（3）編譯成功后會自動生成HEX文件。依然打開之前在Proteus中連接好的電路圖，點擊PIC單片機芯片，進入屬性，添加HEX文件，點擊OK。

（4）檢查、改錯、顯示無誤后仿真結(jié)果如圖6所示。電動機正常轉(zhuǎn)動、LCD顯示設(shè)定的滴速100（滴/min），電機特殊按鈕進行電機正反轉(zhuǎn)停止操作，通過點數(shù)檢測按鍵進行滴數(shù)計數(shù)，10秒后檢測到實際滴速。

4 結(jié)論

本論文主要是針對傳統(tǒng)醫(yī)療點滴輸液帶來的問題提出的一種解決辦法。本系統(tǒng)設(shè)計通過PIC單片機對各模塊進行調(diào)節(jié)，能夠準確地輸入速度參數(shù)，通過LCD液晶顯示器顯示流速和滴數(shù)，當瓶中沒有液體或超過設(shè)定速度時，通過報警和步進電機反轉(zhuǎn)，控制下降速度。可靠的報警系統(tǒng)可以提高輸液系統(tǒng)的安全性，可以讓病人放心使用。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】

基金項目：貴州省人才平臺基金資助項目[2017]5305

作者簡介：肖世金（1997-），男，貴州惠水人，貴州大學電子信息科學與技術(shù)專業(yè)學生。