前言：尋找寫作靈感？中文期刊網(wǎng)用心挑選的單片機(jī)下點(diǎn)滴輸液報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)探析，希望能為您的閱讀和創(chuàng)作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要：目前，國內(nèi)醫(yī)院在點(diǎn)滴輸液方面采用人工干預(yù)的方式，需實(shí)時(shí)觀察輸液情況。針對(duì)此情況，結(jié)合嵌入式技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)為核心的點(diǎn)滴輸液報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有輸液流速預(yù)警、輸液時(shí)間設(shè)定、按鍵報(bào)警、實(shí)時(shí)顯示以及手機(jī)APP控制等功能。系統(tǒng)采用軟硬件相結(jié)合，使用液位傳感器進(jìn)行輸液余量預(yù)警，利用紅外計(jì)數(shù)傳感器模塊進(jìn)行輸液速度檢測，實(shí)時(shí)顯示輸液速度，使用ESP8266無線WIFI模塊實(shí)現(xiàn)無線通信，在手機(jī)APP端可以查看系統(tǒng)的工作狀態(tài)及報(bào)警信息。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；輸液報(bào)警；紅外檢測；ESP8266
靜脈注射是一種專門用于臨床治療疾病的手段，通過人體靜脈注射藥液，具有療效快、操作方便、對(duì)身體損害小等優(yōu)點(diǎn)。然而，不當(dāng)?shù)妮斠悍椒ㄈ菀装l(fā)生醫(yī)療事故，例如：滴注過快，易產(chǎn)生不良反應(yīng)，甚至危及生命；不能及時(shí)觀察剩余量，導(dǎo)致無藥輸液；持續(xù)性的過量輸注，易造成循環(huán)系統(tǒng)負(fù)荷過重等等。本文以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控輸液為目標(biāo)，設(shè)計(jì)一個(gè)點(diǎn)滴輸液報(bào)警系統(tǒng)，讓患者可以得到休息，減輕醫(yī)護(hù)人員的壓力，提高醫(yī)護(hù)人員的工作效率。
1系統(tǒng)總體方案
點(diǎn)滴輸液報(bào)警系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。該系統(tǒng)由單片機(jī)、液位傳感器、紅外計(jì)數(shù)傳感器、DS1302時(shí)鐘模塊、按鍵電路、無線通信模塊、OLED顯示屏等幾部分組成。其中，單片機(jī)為STM32F103C8T6，負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)模塊。液位傳感器主要負(fù)責(zé)液位報(bào)警，紅外計(jì)數(shù)傳感器負(fù)責(zé)輸液速度檢測，DS1302為系統(tǒng)提供穩(wěn)定時(shí)鐘，按鍵電路為系統(tǒng)提供設(shè)置輸液時(shí)間和病人報(bào)警的功能，無線通信模塊使用ESP8266模塊，方便系統(tǒng)與服務(wù)器、手機(jī)APP進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，OLED屏顯示系統(tǒng)時(shí)間和輸液信息[1]。主控制器接收液位傳感器和紅外計(jì)數(shù)傳感器的輸出信息，并將綜合處理后的信息發(fā)送到ESP8266模塊，通過內(nèi)部的機(jī)智云固件，上傳至服務(wù)器，用戶在手機(jī)APP端查看，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測。
2.1單片機(jī)
主控制器為STM32開發(fā)板，芯片為STM32F103C8T6單片機(jī)。該單片機(jī)由意法半導(dǎo)體(ST)開發(fā)，基于ARMCortex-M內(nèi)核。與51單片機(jī)相比，其功能更為強(qiáng)大，性能更高，穩(wěn)定性更好。STM32系列單片機(jī)自帶主流外設(shè)，且其內(nèi)核擁有高性能、低成本、低功耗等優(yōu)點(diǎn)[2]。系統(tǒng)使用MicroUSB接口供電，可以提供5V的直流電輸入，保證系統(tǒng)正常工作。5V主要提供給液位檢測傳感器、紅外對(duì)射計(jì)數(shù)傳感器和時(shí)鐘模塊工作，STM32F103C8T6、OLED液晶屏和ESP8266-12F的工作電壓是3.3V，通過開發(fā)板上的AMS1117芯片負(fù)責(zé)降壓。
2.2液位傳感器
液位報(bào)警是利用液位傳感器的工作原理實(shí)現(xiàn)。如圖2所示，根據(jù)有水狀態(tài)與無水狀態(tài)時(shí)分布電容的變化來判斷測試傳感器位置是屬于有水狀態(tài)或是無水狀態(tài)，由此實(shí)現(xiàn)檢測[3]。使用時(shí)，將傳感器緊貼輸液管，也可以緊貼輸液瓶底部，當(dāng)液體達(dá)到傳感器探測位置時(shí)即有電平信號(hào)輸出，從而完成液位的檢測。只有檢測到了有液體存在，才能進(jìn)行輸液速度檢測。
2.3紅外計(jì)數(shù)傳感器
紅外計(jì)數(shù)，利用紅外光的變化來完成輸液速度的檢測[4]。采用進(jìn)口槽型光耦傳感器，檢測靈敏度高；檢測時(shí)，通過夾持輸液器滴斗，在不接觸液體的情況下完成滴速檢測，保證輸液安全。模塊使用的比較器是LM393，得到的輸出信號(hào)干凈、波形好、誤差小。如圖3，檢測槽中有物體通過時(shí)，會(huì)引起紅外光耦的變化，每通過一次，就會(huì)產(chǎn)生一次高電平，通過OUT開關(guān)信號(hào)輸出。計(jì)算輸液速度的過程如下：檢測4滴液體x（單位為滴），記錄這4滴液體通過檢測槽時(shí)一共花了多少時(shí)間t（單位為秒s），根據(jù)公式，計(jì)算出這4滴液體的速度v（單位為滴/s），將這個(gè)速度v轉(zhuǎn)化成百分比。通過手機(jī)APP，設(shè)置好輸液速度上限，如果這個(gè)速度v超過設(shè)置的輸液速度上限，系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警。
2.4DS1302時(shí)鐘模塊
這里用到的時(shí)鐘芯片是DS1302，由美國DALLAS公司推出的具有掉電保護(hù)的低功耗時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、周、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，配合頻率為32.768kHz的外部晶振組成時(shí)鐘模塊電路。
2.5按鍵電路
系統(tǒng)能設(shè)置輸液時(shí)間和病人報(bào)警，通過增加按鍵電路來實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)功能。按鍵電路共有四個(gè)按鍵：KEY1、KEY2、KEY3、KEY4。其中KEY1和KEY2為輸液時(shí)間加減鍵，KEY3為輸液時(shí)間設(shè)置鍵，KEY4為病人報(bào)警鍵。當(dāng)KEY3按下時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入輸液時(shí)間設(shè)置程序，默認(rèn)為10分鐘。此時(shí)，按下KEY1，輸液預(yù)設(shè)時(shí)間增加，若按下KEY2，則輸液預(yù)設(shè)時(shí)間減少。當(dāng)需要報(bào)警時(shí)，按下KEY4，系統(tǒng)的輸液狀態(tài)就會(huì)顯示為報(bào)警，指示燈亮起，再次按下KEY4，報(bào)警狀態(tài)解除，指示燈滅。
2.6無線通信模塊
無線通信模塊使用的是2.4GWIFI模塊ESP8266-12F，該模塊內(nèi)置完整的TCP/IP協(xié)議棧，可以通過串口通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，為系統(tǒng)添加聯(lián)網(wǎng)功能。系統(tǒng)可選擇單機(jī)模式運(yùn)行，也可聯(lián)網(wǎng)模式使用。配置WIFI模塊的聯(lián)網(wǎng)模式：如果之前已經(jīng)連上過WIFI，拔插短接片就會(huì)連上之前的WIFI網(wǎng)絡(luò)；如果是首次連接WIFI，則通過復(fù)位按鍵和手機(jī)APP操作連接。等待十秒左右，系統(tǒng)就能連上機(jī)智云的服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與機(jī)智云服務(wù)器、手機(jī)APP的數(shù)據(jù)交互。如果沒有聯(lián)網(wǎng)成功，則WIFI模塊的指示燈就會(huì)進(jìn)入快速閃爍狀態(tài)，此時(shí)需要重新配置網(wǎng)絡(luò)。在云端，用戶通過手機(jī)APP來向服務(wù)器發(fā)送控制指令，因?yàn)榉?wù)器端和下位機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)是一一對(duì)應(yīng)的，非常方便。
3軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的軟件以Keil作為編輯軟件，以STM32F103C8T6為核心，結(jié)合傳感器檢測到的結(jié)果將輸出信號(hào)送至單片機(jī)處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)滴輸液報(bào)警。系統(tǒng)軟件流程圖如圖4所示。當(dāng)液位傳感器沒有檢測到液體，進(jìn)行聲光報(bào)警；檢測到有液體存在，在手機(jī)APP中設(shè)置輸液速度上限，由紅外計(jì)數(shù)傳感器檢測輸液速度，OLED屏顯示檢測結(jié)果。如果輸液速度超過了預(yù)設(shè)的輸液速度上限，進(jìn)行聲光報(bào)警；如果沒有超過，則持續(xù)檢測，直至輸液結(jié)束。當(dāng)需要設(shè)置輸液預(yù)警時(shí)間，則通過按鍵或手機(jī)APP進(jìn)行設(shè)置，時(shí)間到后進(jìn)行聲光報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。
4結(jié)論
與傳統(tǒng)的輸液報(bào)警器相比，在不改變現(xiàn)有輸液方式的基礎(chǔ)上，為患者和護(hù)士輸液提供了方便，大大提高了醫(yī)院醫(yī)護(hù)人員的工作效率，降低了因點(diǎn)滴輸液造成的醫(yī)療事故率。由于條件有限，該系統(tǒng)尚未得到醫(yī)院試點(diǎn)使用，實(shí)際使用效果有待探究。
參考文獻(xiàn)
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[3]龔斌華,肖藝偉,紀(jì)瑞凱.電容式水箱實(shí)時(shí)水位與水量狀態(tài)檢測裝置及智能坐便器,CN109680773A[P].2019.
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作者:韋邵云 劉偉 單位:桂林理工大學(xué)
