《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于AVR單片機的醫(yī)用智能輸液系統(tǒng)

2017-04-25

  靜脈輸液是我國目前臨床治療中最主要的一種輸液方式,在實踐工作中,醫(yī)護人員一般是靠經(jīng)驗和觀察通過轉(zhuǎn)動輸液器上的滑輪對滴速進行手動調(diào)節(jié)的。本系統(tǒng)是一種非接觸式全自動的靜滴檢測和報警控制裝置,時刻檢測液體的滴速,并且在藥液滴完后能夠自動地切斷液體進行本地和遠程報警,以通知醫(yī)護人員及時更換液體,對提高現(xiàn)代醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)的效率和質(zhì)量都有著非常重要的意義。

  1 研究意義

  目前,醫(yī)院靜脈輸液主要是人工控制,由人監(jiān)控的靜脈輸液,無法正確調(diào)解藥液流速,速度過快由于點滴里有鉀元素的成分會造成血管刺激,通常刺激會表現(xiàn)為疼痛。但通常輸液快慢要看自身身體情況,但輸液還是會對血管和心臟,腎臟有刺激。利用現(xiàn)有的科技設(shè)計智能輸液系統(tǒng),即可以控制藥液流速、檢測藥液剩余量、及時地停止輸液防止血液回流等,醫(yī)護人員可以通過主控室觀察和調(diào)解所有藥液流速,從而大大地節(jié)省人力。

  本設(shè)計研究一種操作方便,顯示直觀,具有報警功能的智能型液體點滴速度控制器,該系統(tǒng)讓護理人員監(jiān)控病人打點滴的進程時間得到充分利用,避免病人在輸液過程中出現(xiàn)“回血”而造成的醫(yī)療事故,提高病人治病輸液過程中的安全系數(shù),同時減少護理人員的工作量,給護理人員更舒適的工作環(huán)境。

  2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

  本系統(tǒng)采用ATMEGA16作為主控制芯片來控制液滴速度、報警信息以及液架的運動方向,輸液器能通過遙控器任意設(shè)定點滴速度,并且能接收遙控器設(shè)定的信息以及能對異常情況進行報警。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。下位機系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計思想,包括液位檢測與報警系統(tǒng),滴速系統(tǒng)(包括滴速控制裝置,鋼珠等執(zhí)行機構(gòu)),單片機處理系統(tǒng),通訊模塊,自定義遙控器模塊,顯示以及報警模塊,角度傳感模塊等部分。液位檢測模塊主要用于對液位的報警,執(zhí)行機構(gòu)在程序的控制下完成滴速控制;通訊模塊用于和主機的通訊。

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  圖1 硬件結(jié)構(gòu)框圖

  2.1 液滴檢測方案

  滴速檢測采用的是紅外檢測技術(shù),在茂菲氏滴管上方處對輸液速度進行測量。滴速檢測裝置結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。紅外發(fā)射器發(fā)出紅外光后,光線穿透茂菲氏滴管后照射到光電三極管上,光電三極管將照射到它上面的光線變成電流信號進行輸出。如果此時茂菲氏滴管中沒有液滴滴下,光線的衰減就比較小,照射到三極管上的電流就比較大;如果此時茂菲氏滴管中有液滴滴下,由于液滴擋了一下光線,液滴對光線具有吸收和散射的作用,就使得光電三極管接收到比較弱的光信號。將光電三極管輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號,通過檢測輸出端電壓信號的強弱就可以檢測出有無液滴落下。把檢測到的信號經(jīng)過整形后送入單片機進行處理,就可以計算出輸液的點滴速度。

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  圖2 滴速檢測裝置結(jié)構(gòu)

  2.2 滴速控制方案

  采用電磁鐵和位于觀察瓶中的小鋼珠以及相應(yīng)的控制電路構(gòu)成了具有“蠕動”效果的電動機用來控制液體滴速,能夠達到對液滴的精確控制,利用“蠕動”電機結(jié)構(gòu)和液位傳感器實現(xiàn)了藥液短缺時及時、準確地自動關(guān)閉液路功能,防止了“回血”現(xiàn)象的發(fā)生。滴速控制裝置原理圖如圖3所示。

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  3 程序流程圖

  為了便于程序的開發(fā)和以后的使用與維護,全部程序采用模塊化結(jié)構(gòu),即由一個主程序和若干個子程序模塊構(gòu)成。主程序首先完成初始化工作,包括定時器初始化、液晶模塊初始化、中斷初始化、系統(tǒng)時鐘初始化、其他參數(shù)的初始化等。然后啟動定時器進行定時,開中斷允許單片機響應(yīng)內(nèi)部中斷和外部中斷請求。各程序功能模塊包括液晶顯示、電機驅(qū)動、報警控制、滴速檢測、液位檢測等。主程序流程圖如圖4所示。

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  圖4 主程序流程圖

  整個系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)。其中從站軟件系統(tǒng)包括:主程序:負責(zé)讀鍵、顯示和報警。通訊中斷程序:實現(xiàn)與主站通訊。滴速采樣和儲液瓶的隨人體移動檢測,其中,中斷M1檢測液位情況,發(fā)生中斷停止輸液,產(chǎn)生報警,中斷M2檢測人體移動方向,如果發(fā)生中斷,單片機輸出PWM脈沖,從而控制電機帶動儲液瓶定向移動。保證儲液瓶永久的在人體上方。

  主站的程序包括主程序和通訊中斷程序,其中主程序負責(zé)對從站的設(shè)定,顯示來自從站的實時值,及負責(zé)報警。通訊中斷程序負責(zé)與從站進行通訊,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集。

  4 總結(jié)

  本系統(tǒng)采用ATMECA16控制芯片簡化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),提高了系統(tǒng)的可靠性和實時性。利用“蠕動”電機結(jié)構(gòu)和液位傳感器實現(xiàn)了藥液短缺時及時、準確地自動關(guān)閉液路功能,防止了“回血”現(xiàn)象的發(fā)生。藥液短缺時,關(guān)閉液路的同時用戶端采用聲光提醒,同時通過無線傳輸方式將相關(guān)信息發(fā)送至值班室,及時通知值班醫(yī)護人員。節(jié)省了大量的人力物力以及減少了人為誤差。本系統(tǒng)對實際工程應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。

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