智能輸液助手的設(shè)計(jì)

作者/劉云昊、王哲，山西省運(yùn)城市康杰中學(xué)

智能輸液助手的設(shè)計(jì)

作者/劉云昊、王哲，山西省運(yùn)城市康杰中學(xué)

為了減輕靜脈輸液過(guò)程中醫(yī)護(hù)人員的工作強(qiáng)度，避免異常情況的發(fā)生，設(shè)計(jì)一種智能輸液助手。系統(tǒng)具有滴速檢測(cè)、自動(dòng)關(guān)斷、聲光報(bào)警和短信息提示等功能。利用紅外檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)滴速檢測(cè)，采用直流電機(jī)與斷液輔助裝置自動(dòng)停止輸液，利用蜂鳴器和發(fā)光二極管等實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，同時(shí)通過(guò)GPRS模塊發(fā)送短消息，通知醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行及時(shí)處理。該系統(tǒng)具有較好的實(shí)用價(jià)值。

滴速檢測(cè)；GPRS模塊；AT89C52；智能輸液

引言

靜脈輸液以給藥迅速、見(jiàn)效快等優(yōu)點(diǎn)，在臨床治療中得到了廣泛的應(yīng)用[1–2]。通常輸液的過(guò)程以人工監(jiān)控為主，醫(yī)護(hù)人員需要不停地巡檢，由患者本人或家屬觀察剩余藥液量，當(dāng)藥液即將輸完或者滴速出現(xiàn)異常時(shí)，及時(shí)通知值班人員進(jìn)行處理[3]。在增加醫(yī)護(hù)人員工作強(qiáng)度的同時(shí)，意外情況的發(fā)生概率也大大增加[4]。如果發(fā)生藥液輸完或者輸液管堵塞等情況，而醫(yī)護(hù)人員未能及時(shí)處理，則有可能會(huì)發(fā)生回血或其他危險(xiǎn)，給患者造成痛苦，甚至導(dǎo)致醫(yī)療事故[5]。

針對(duì)上述情況，本文設(shè)計(jì)一種智能輸液助手來(lái)代替人工監(jiān)護(hù)。采用紅外傳感器實(shí)現(xiàn)輸液過(guò)程中滴管流速的檢測(cè)，采用輸液阻斷裝置來(lái)自動(dòng)關(guān)斷輸液過(guò)程，同時(shí)利用聲光報(bào)警模塊提醒患者或家屬，通過(guò)GPRS模塊發(fā)送手機(jī)短信通知值班的醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行相應(yīng)處理。該助手能夠提高患者輸液時(shí)的舒適度，減輕醫(yī)護(hù)人員的工作強(qiáng)度和壓力，有效避免異常情況的發(fā)生。

1.系統(tǒng)的組成與工作原理

智能輸液助手系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，主要包括紅外滴速檢測(cè)模塊、輸液阻斷模塊、GPRS模塊以及聲光報(bào)警模塊等。該系統(tǒng)采用低功耗、高性能的微處理器AT89C52作為控制核心。其工作原理是準(zhǔn)備輸液時(shí)，醫(yī)護(hù)人員根據(jù)不同液體和患者情況調(diào)節(jié)滴管流速，紅外點(diǎn)滴檢測(cè)模塊開(kāi)始實(shí)時(shí)檢測(cè)滴速，當(dāng)液體剩余量低于設(shè)定值時(shí)，微處理器通過(guò)輸液阻斷模塊自動(dòng)關(guān)閉液體的輸送，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)提醒患者及家屬，同時(shí)通過(guò)GPRS模塊發(fā)送信息通知醫(yī)護(hù)人員來(lái)進(jìn)行處置。

圖1 智能輸液助手系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

2.主要模塊的設(shè)計(jì)

■2.1 紅外滴速檢測(cè)模塊

滴速檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)是智能輸液助手系統(tǒng)中關(guān)鍵的組成部分。滴速檢測(cè)采用紅外檢測(cè)技術(shù)，把對(duì)管放安裝在莫菲式輸液管兩側(cè),在滴管處對(duì)輸液速度進(jìn)行測(cè)量。如圖2所示。

圖2 滴速檢測(cè)原理圖

紅外發(fā)射管發(fā)出紅外光后，光線穿透滴斗后照射到接收管，接收管將照射到它上的紅外光線轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。在滴斗內(nèi)無(wú)藥液滴滴下時(shí)，紅外光線基本無(wú)衰減，照射到接收管的光線較強(qiáng)，電流信號(hào)相對(duì)也較強(qiáng)；若滴斗有藥液滴滴下時(shí)，液滴會(huì)遮擋光線，藥液吸收或散射部分光線，這樣接收管接所接收到的光信號(hào)較弱，電流信號(hào)相對(duì)也較弱。將光敏二極管輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，從而將藥液滴落的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化?；谏鲜鲈恚O(shè)計(jì)的紅外滴速檢測(cè)電路如圖3所示。

其基本工作原理是：當(dāng)?shù)味穬?nèi)無(wú)藥液滴滴下時(shí)，接收管導(dǎo)通，此時(shí)LM567的8腳輸出低電平；當(dāng)?shù)味穬?nèi)有藥液滴滴下時(shí)，接收管接收光線減弱，接收管截止，此時(shí)LM567的8腳輸出高電平。當(dāng)不斷有液滴滴下時(shí)，LM567的8腳便會(huì)輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)，低電平代表無(wú)液滴滴下，高電平代表有液滴滴下。把檢測(cè)到8腳的信號(hào)送入微處理器中，就可以計(jì)算出液滴的滴速。

■2.2 報(bào)警模塊

聲光報(bào)警模塊的主要功能是提醒患者和醫(yī)護(hù)人員已經(jīng)完成輸液或有異常情況發(fā)生。

圖3 紅外滴速檢測(cè)電路

聲光報(bào)警模塊的電路設(shè)計(jì)如圖4所示。通過(guò)微處理器的一個(gè)I/O口控制蜂鳴器和發(fā)光二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，添加一個(gè)專用延時(shí)子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。將延時(shí)子程序的時(shí)間閾值精確的設(shè)定為6秒。若在定時(shí)時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)沒(méi)有檢測(cè)到任何液滴信息，則認(rèn)為輸液已經(jīng)完成，此時(shí)AT89C52立即控制聲光報(bào)警裝置發(fā)出警報(bào)同時(shí)控制輸液阻斷裝置阻斷輸液軟管停止輸液,并將報(bào)警信息發(fā)送給醫(yī)護(hù)人員。

圖4 聲光報(bào)警原理圖

■2.3 斷液模塊

輸液完成后,在發(fā)出聲光報(bào)警的同時(shí)輸液監(jiān)控器最主要的工作是控制輸液阻斷裝置及時(shí)的阻止輸液繼續(xù)進(jìn)行。本設(shè)計(jì)采用的電機(jī)是直流電機(jī)，它的主要作用是當(dāng)輸液結(jié)束時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，卡緊滴管，以免護(hù)士未來(lái)得及處理而造成血液回流現(xiàn)象，給病人增加痛苦。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。

但是只有直流電機(jī)是不夠的，要想真正的起到阻塞作用，還需要其他輔助裝置，該裝置采用偏心輪及卡子，如圖6所示?？ㄗ拥木唧w作用就是相當(dāng)于一個(gè)當(dāng)班，而偏心輪的選擇特別重要，偏心輪由電機(jī)帶動(dòng)，當(dāng)正常輸液時(shí)，滴管放在卡子與偏心輪中間，當(dāng)輸液結(jié)束時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心輪與卡子緊緊地把滴管夾緊，同時(shí)伴隨聲光報(bào)警，提醒護(hù)士來(lái)處理。

圖5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

圖6 斷液輔助裝置

■2.4 GPRS模塊

GSM通信模塊是數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ藕诵?，選用SMT封裝的雙頻GSM/GPRS模塊SIM900A安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的短消息服務(wù)。SIM900A模塊通過(guò)串口與微處理器進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)SIM900A模塊的控制。其電路設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖7 GPRS模塊接口設(shè)計(jì)

3.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要包括主程序、滴速測(cè)量、短消息通信、報(bào)警等程序單元。本文只介紹滴速測(cè)量子程序和短消息發(fā)送子程序兩個(gè)重點(diǎn)模塊。

■3.1 滴速測(cè)量子程序

由前面可知，將藥液滴落的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，低電平代表無(wú)液滴滴下，高電平代表捕獲到液滴滴下，液滴不停地滴落形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)。利用微處理器的定時(shí)計(jì)數(shù)器可實(shí)現(xiàn)其周期的測(cè)量。定時(shí)器檢測(cè)到上升沿時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)檢測(cè)到下一次上升沿時(shí)，將當(dāng)前計(jì)數(shù)值存放到對(duì)應(yīng)通道的捕獲/比較寄存器中，完成周期測(cè)量。

定時(shí)器測(cè)定的周期為兩個(gè)液滴滴落的時(shí)間間隔為T，選取計(jì)時(shí)精度為1ms。為了便于觀察，通常記錄滴速的單位為：滴/分鐘，因此計(jì)算滴速的公式為：V=60×1000/T。

由于液滴滴落情況易受環(huán)境影響，波動(dòng)較大，為提高滴速測(cè)量精度，采用連續(xù)測(cè)量3個(gè)液滴取平均速度的方法。滴速測(cè)量子程序流程圖如圖8所示。

■3.2 短消息發(fā)送子程序

信息發(fā)送程序設(shè)計(jì)包括：串口的初始化，SIM900A模塊的初始化，信息中心號(hào)碼的設(shè)置，對(duì)信息中心號(hào)碼、目標(biāo)號(hào)碼、發(fā)送的內(nèi)容進(jìn)行編碼生成PDU串，如果遇到發(fā)送失敗情況的處理等幾部分組成。其程序流程圖如圖9所示。

圖8 滴速測(cè)量子程序

圖9 消發(fā)送子程序

4.結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種基于AT89C52微處理器的智能輸液助手，該系統(tǒng)在有效減輕醫(yī)護(hù)人員的工作強(qiáng)度的同時(shí)，能較為精確地測(cè)量滴速，在發(fā)生異常時(shí)及時(shí)阻斷輸液過(guò)程，避免了“回血”等危險(xiǎn)情況的發(fā)生。并以短消息和聲光報(bào)警的方式及時(shí)通知醫(yī)護(hù)人員處理。該系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。

＊ [1]劉剛, 凌強(qiáng), 徐駿,等.基于STM32的輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 微型機(jī)與應(yīng)用, 2016, 35(1):91-94.

＊ [2]楊光偉, 錢志余, 李韙韜,等. 一種新型智能輸液監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研制[J]. 生物醫(yī)學(xué)工程研究, 2011, 30(1):35-38.

＊ [3]陳宇, 王璽. 基于光電技術(shù)智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù), 2009, 29(5):1149-1154.

＊ [4]上官光華, 張文超. 智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 生命科學(xué)儀器, 2014(4):57-60.

＊ [5]汪義旺, 陸軍, 張承成,等. 基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 測(cè)控技術(shù), 2015, 34(11):64-66.