CN104721922A - 一种输液监控控制*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输液监控控制***，分别包括与微控制器连接的滴速控制模块、温度控制模块、报警模块、人机交互模块和通信模块，该输液监控控制***通过微控制器用于接受和处理输液信息，并与人机交互模块预先设定的控制参数进行比较，将处理后的输液信息返回各模块进行输液控制。该***具有呼叫、保持输液液体恒温和警报提示的功能，且可联机进行网络控制，具有推广使用价值。

Description

一种输液监控控制***
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种输液监控控制***。
背景技术
根据二零零四年六月十日国家食品药品监督管理局《关于牙龈炎冲洗器等产品分类界定的通知》(国食药监械[2004]321号)，对输液监控器的定义是“输液监控器：用于监控输液状态，当药液停止滴动或达到设定值时能发出提示，作为I类医疗器械管理”。输液监控器也可通俗的称为输液报警器。输液监控器可以实现对输液的智能化管理，减轻医护人员的工作强度，解决患者在输液过程中患者及家属的看护负担，是对输液管理及临床护理模式上的变革，能有效提升医院的信息化管理水平。
输液控制器采用的技术主要有3种：一是光电原理，二是称重原理；三是电容原理。对于采用光电原理的输液控制器，早期的办法是将输液控制器夹持在输液器的滴斗上，或夹持在输液瓶的口部，这些方法具有影响观察、探测相对粗放的特点。现在技术已经实现将其夹持在输液管上，探测的精细化得到大幅提高。比如，北京市科诚锐尔科技有限公司研发的输液控制器，具有技术先进、提醒可靠、操作简便、小巧方便、经济实惠等特点。再如深圳市来邦科技有限公司研发的输液控制器，采用市电供电，并可自动止液。对于称重原理(或扣重原理)输液控制器，具有结构简单、探测粗放的特点，还需要针对不同重量的空输液瓶进行调整的不足。对于电容原理输液控制器，具有抗干扰能力弱的不足，应用较少。目前市面上现有的输液控制器主要缺点如下：不具有呼叫功能；报警时为简单的声、光报警；不具备液体温度恒定和自动停止功能；不具备组网和网络控制功能。
发明内容
本发明针对现有技术存在的技术缺陷，目的在于解决现有医院在病人输液时，由于照顾不当，发生空气进入血液产生空气栓塞的情况，提供一种输液监控控制***，该***还可以通过有线和无线进行通话和组网，通过网络控制和检测液体滴速的功能，并具有保持输液液体恒温功能。
本发明具体通过以下技术方案实现：
一种输液监控控制***，分别包括与微控制器连接的滴速控制模块、温度控制模块、报警模块、人机交互模块和通信模块，该输液监控控制***通过微控制器用于接受和处理输液信息，并与人机交互模块预先设定的控制参数进行比较，将处理后的输液信息返回各模块进行输液控制。
所述的滴速控制模块包括滴速采集单元、步进电机控制单元和机械传动装置，滴速采集单元采用红外检测法采集液滴信号，通过红外传感器及其调理电路将液滴信号送入微控制器中计数处理，并在人机交互模块显示屏中显示当前输液滴速。将该输液滴速与预先设定的输液滴速值进行比较，步进电机控制模块接受指令信号驱动机械传动装置加紧或松开输液管，控制输液滴速。
所述的温度采集模块包括温度采集单元和加热装置，所述的温度采集单元通过温度传感器采集当前输液通道的药液温度，将温度信息送入微处理器中。通过微控制器将该输液温度与预先设定的温度比较，加热装置接受指令信号从而控制加热装置的通断。
所述的报警模块包括液位采集单元和报警单元，所述的液位采集单元用于采集茂菲氏管内的药液位置信息，将采集信息传输至微控制器进行处理，报警单元接受指令信号，低于警戒位置时关闭当前输液通道，报警单元发出警报，提醒医护人员前来处理。
所述的人机交互模块包括键盘输入单元和屏幕显示单元，所述的键盘输入单元和用于设置输液过程中的所有输液参数，包括所需达到的输液速度和输液温度，确认和修改输液监控仪的各种功能参数，屏幕显示单元用于实时显示输液信息。
所述的通信模块用于将输液信息通过有线/无线网络发送到护士站的计算机中，将本处输液信息告知值班护士，同时具有有线/无线呼叫器功能。
本发明还包括电源模块，用于为整个***电路提供工作电压。
所述的电源模块提供电压为5V直流电。
所述的报警单元通过控制红色LED灯交替闪烁同时蜂鸣器发出警报。
本发明的有益效果为：1)将输液监控器和呼叫器合二为一，可以采用市电(220V)和锂电池供电，实现有线和无线通话功能；2)内部采用语音芯片，报警时不仅有灯光闪烁，还会根据报警情况进行相应的语音提示；3)具备液体药物的恒温和自动停止功能；4)能够多台联网，在护士站的监控计算机上可以监测每个输液瓶中液体滴速和改变液体滴速的功能。
附图说明
图1是本发明输液监控控制***的结构示意图；
图2是本发明输液监控控制***红外线光电式液滴传感器检测液滴示意图；
图3是本发明***红外发射管与红外接收管液滴检测电路原理图；
图4是本发明***输液阻断装置示意图；
图5是本发明***直流电机控制电路原理图；
图6是本发明***键盘电路；
图7是本发明***LCD接口电路图；
图8是本发明***报警电路；
图9是本发明***电源原理图；
图10是本发明***DS18B20与MCU连接图；
图11是本发明***CAN总线接口电路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的输液监控控制***做进一步的解释和说明。
如图1所示，基于网络的输液控制器，采用模块化设计思想，按照功能将其划分为微控制器100、滴速控制模块110、温度控制模块120、报警模块130、人机交互模块140、通信模块150功能模块。
其中，滴速控制模块110包括滴速采集单元111、步进电机控制单元112和机械传动装置113。滴速采集单元111采用红外检测法采集茂菲氏管内的液滴信号，通过红外传感器及其调理电路将液滴信号送入微控制器100中计数处理，并在显示屏中显示当前输液滴速。将该输液滴速与人机交互模块140预先设定的输液滴速值进行比较，指示步进电机控制模块112驱动机械传动装置113加紧或松开输液管，从而控制输液滴速。
温度采集模块120包括温度采集单元121和加热装置122，温度采集单元121通过温度传感器采集当前输液通道的药液温度，将温度信息送入微处理器100中，同时通过人机交互模块140实时显示药液温度。将该输液温度与预先设定的温度比较，从而控制加热装置122的通断。
报警模块130包括液位采集单元131和报警单元132，液位采集单元131采集茂菲氏管内的药液位置信息，低于警戒位置时关闭当前输液通道，报警单元132控制红色LED灯交替闪烁同时蜂鸣器发出警报声，提醒医护人员前来处理。
人机交互模块140包括键盘输入单元141和屏幕显示单元142：通过键盘输入单元141设置输液过程中的所有输液参数，包括所需达到的输液速度和输液温度，确认和修改输液监控仪的各种功能参数。屏幕显示单元142控制显示屏通过文字、数字和图形的方式直观反映各类信息，包括初始化界面、设置输液参数、实时显示输液滴速和温度、异常信息提示等。
通信模块150用于将该输液监控仪的输液信息(输液滴速、温度、异常情况)通过有线/无线网络发送到护士站的计算机中，将本处输液信息告知值班护士，同时具有有线/无线呼叫器功能。
该网络的输液控制器还包括电源模块160，用于为整个***电路提供工作电压，电源模块提供电压为5V直流电。
下面结合实际应用电路对本发明输液控制器的运行原理做进一步的解释说明。
一、滴速控制模块
1、滴速采集单元
在本设计中输液信号的采集使用的是液滴计数法，它是利用红外线光电传感器来检测液滴数目，其红外线光电式液滴传感器检测液滴的框图如图2所示。在设计中，将输液控制器实验电路板中红外光电发射与接收管的焊接处留有一定的距离，使输液软管的滴斗正好置于红外光电发射与接收管的两侧，并将电路板固定在输液软管上从而构成一个红外线光电液滴检测传感器，搭建的实验电路原理图如图3所示。红外线发光二极管发出平行的红外光束，穿过滴斗到达红外光敏二极管。当有液滴滴下，即有液滴通过红外对管间隙的瞬间，液滴对红外光线有吸收和散射的作用，红外线光敏二极管只能接收部分的红外线，使接收光敏二极管接收到的光通量不足，红外接收管的导通能力不同程度地下降，输出不规则的负向脉冲，再将此脉冲进行放大、整形然后转换变为高低电平，最后输入到单片机的外部中断口中去，单片机根据高低电平的变化来判断液滴的有无；每一个水滴产生一个这样的不规则的负向脉冲，脉冲数目与液滴数目一一对应。通过记录每5秒钟的液滴数，将记数值乘以12从而可以得到输液的滴速(滴/分)。
2、步进电机控制单元
输液完成后，在发出声光报警的同时输液监控器最主要的工作是控制输液阻断装置及时的阻止输液继续进行。在实现阻断输液软管的方式上，本***采用前端带有一组减速齿轮的微型直流电机外接一个偏心轮的方式来打开或者关断输液软管，如图4所示。直流电机的驱动与控制过程是通过直流电机驱动芯片LG9110来实现的，直流电机控制电路原理图如图5所示，由LG9110的控制逻辑关系可知，要实现驱动直流电机顺时针或逆时针转动，只需控制单片机I/O口P2.6、P2.7按逻辑关系输出高低电平即可。在本***中设定：当P2.6、P2.7口输出为1、0时直流电机顺时针转动；当P2.6、P2.7口输出为0、1时直流电机逆时针转动；当P2.6、P2.7口输出为1、1时电机停止转动.在阻断输液软管的过程中，设置直流电机顺时针或逆时针转动时间为2秒，以便有足够的时间压缩或释放输液软管。
二、人机交互模块
1、键盘输入单元
在本***中，经常需要输入配置信息参数，如设置输液滴速、设置药液量、切换液体、紧急呼叫按钮等。由于使用的按键比较多，所以采用矩阵式键盘。矩阵式键盘由行线和列线组成，通过扫描来捕获键盘的输入信息。扫键盘电路如图6所示，其中16个按键分别代表：S01—S10分别为0—9数字键。S11为滴速设置键、S12为液量设置键、S13为切换键、S14为紧急呼叫键、S15为滴系数设置键、S16为确定键。“滴速设置”键用来设定滴速，先按下该键再通过数字键设定速度，最后按确定键就设定了滴速；“液量设置”键用来选定输液瓶的种类，按下该键再通过1、2、3键来分别选择50Qml、25Oml、looml输液瓶,最后按确定键就设置成功；“切换键”是在第一瓶药液输完时要切换到第二瓶时使用；“紧急呼叫”键是病人在紧急情况下，可按此键呼叫医护人员处理输液情况；“滴系数”设置键用来选定输液管的滴系数，按下该键再通过1、2、3键来分别选择10滴/m1、15滴/ml、20滴/ml，最后按确定键就设置成功。
2、屏幕显示单元
由于实际需要显示的内容比较多，包括设置速度、实际速度、剩余液量、床位号等，用LED或字符LCD均不能完全显示以上所有内容，所以选用LCD12864液晶显示。
综合考虑以上指标和实际需要,我们选用了金鹏电子有限公司的OCM12864-9液晶显示。OCM12864-9是128×64点阵型的液晶显示屏，它可以显示好多种常用的字符和图形，它可以跟单片机直接相连，具有8位标准的数据总线和6条控制线。OCM12864-9与单片机的连接电路图如图7所示。
三、报警模块
报警电路采用声、光相结合的方式来实现。当剩余液量不足、滴速过快或过慢、病人按下紧急呼叫按钮时发生报警。报警时蜂鸣器发出报警声，同时点亮发光二极管。为了不影响别的病人发出报警声后可断开S1键取消蜂鸣器，使***更加人性化。为了提高***的抗干扰能力，增强***的稳定性和安全性，输入端与输出端也加入了光电耦合器件TLP521-1。报警电路如图8所示。
四、电源模块
电源在电路设计中是至关重要的，电压太大，导致电流过大，容易减少元器件寿命，甚至烧坏单片机芯片，造成不可估计的损失，本***需要产生的电平包括：
5V电压：单片机控制芯片，红外对管，直流电机，报警电路。
3.3V电压：无线传输模块。
LM7805是三端正电源稳压电路,输出电流可达IA，能提供多种固定的输出电压(5V、6V、8V、9V、12V、24V)，可作为单片机或TTL电路电源。LM78OS使用极其方便，而且价格较低，外接不同元器件时，可获得不同电压，是目前稳压电源使用较为广泛的芯片。
LM1117也是目前应用最多的电源稳压芯片之一。输出与输入有一定的电压差，其压差为1.2V，通过2个外部电阻就可实现。另外还有5个固定电压输出(l.5V、2.5V、2.85V、3.3V和5V)的型号，输出精度达1％，其封装形式很多，我们选用50T-223封装系列。
木***我们选用LM7805与LM1117-3.3两种电压转换芯片来实现电源需求。单片机、传感器等元器件工作电压为5V，如果把外接交流电直接加上使用，很容易烧毁器件，LM7805正是起到把外界提供的交流电变换成+5V的直流电的功能。然而无线传输模块需要工作在3.3V，我们利用LM1117-3.3V来进行转换。5V电压经过1.2V压差输出正好得到3.3V。电源电路设计如图9所示。
五、温度采集模块
本***在测量输液体温度时，使用DS18B20作为温度传感器。其主要特点如下：
(1)单总线使用，可以方便和MCU的连接；
(2)原始测量精度为0.5℃，最大精度0.0625℃，测量范围-55℃—125℃；
(3)每个DS18B20都有唯一的序列号，可以实现串联使用；
(4)内部有温度上、下限告警功能。
DS18B20与MCU的连接方式如图10所示。MCU通过DS18B20的DQ端，即可采集输液液体的温度，并通过加热丝对液体进行温度控制。
六、通信模块
1、无线通信模块
无线传输模块我们选用的是nRF2401系列。nRF2401模块是由Nordic公司研制开发而成，它属于单片射频收发芯片，RF2401性能及特点如下：(1)2.4GHz全球开放ISM频段免许可证使用；(2)功耗极低：以-5dBm的功率发射时，工作电流仅10.5mA，接收电流只有18mA，待机模式下状态仅为luA；(3)工作速率高：可达IMbps；(4)抗干扰能力强，可靠性高；(5)125频道，满足跳频通信和多点通信需求，内置硬件CRC检错。
nRF2401微功率无线模块目前有两种型号RF2401B和RF2401SE。RF2401B配备PCB板载天线,空旷场地传输距离约20—50米，RF2401SE配外置天线，空旷地传输距离可达50—100米，由于医院环境复杂，综合考虑，选用RF240ISE。
2、有线通信模块
硬件电路的设计主要是CAN通信控制器与微处理器之间和CAN总线收发器与物理总线之间的接口电路的设计。它是CAN总线接口电路的核心，主要完成CAN的通信协议，而CAN总线收发器的主要功能是增大通信距离，提高***的瞬间抗干扰能力，保护总线，降低射频干扰(RFI)，实现热防护等。
SJA1000为CAN协议控制器，TJA1050为CAN高速收发器。SJA1000的AD0～AD7接MCU的P2端口，P3.4和P3.5分别控制SJA1000的读写操作，MCU通过对SJA1000的控制，进而实现数据收发；TJA1050是控制器区域物理总线和网络(CAN)协议控制器之间的接口，是一种标准的高速CAN收发器。TJA1050可以提供差动发送性能给总线，提供差动接收性能给CAN控制器，TJA1050提供CAN节点接口，实现CAN总线数据的传输，其中CANH和CANL接到CAN总线网络上。通信接口硬件单路连接如图11所示。

Claims (8)

1.一种输液监控控制***，其特征在于：分别包括与微控制器连接的滴速控制模块、温度控制模块、报警模块、人机交互模块和通信模块，该输液监控控制***通过微控制器用于接受和处理输液信息，并与人机交互模块预先设定的控制参数进行比较，将处理后的输液信息返回各模块进行输液控制。
2.根据权利要求1所述的一种一种输液监控控制***，其特征在于：所述的滴速控制模块包括滴速采集单元、步进电机控制单元和机械传动装置，滴速采集单元通过红外传感器及其调理电路将液滴信号送入微控制器中计数处理，并与预先设定的输液滴速值进行比较，步进电机控制模块接受指令信号驱动机械传动装置加紧或松开输液管，控制输液滴速。
3.根据权利要求1所述的一种一种输液监控控制***，其特征在于：所述的温度采集模块包括温度采集单元和加热装置，温度采集单元利用温度传感器采集药液温度信息，通过微控制器处理后，加热装置接受指令信号，控制加热装置的通断。
4.根据权利要求1所述的一种一种输液监控控制***，其特征在于：所述的报警模块包括液位采集单元和报警单元，液位采集单元用于采集药液位置信息，并传输至微控制器进行处理，报警单元接受指令信号，低于警戒位置时关闭当前输液通道，报警单元发出警报。
5.根据权利要求1所述的一种一种输液监控控制***，其特征在于：所述的人机交互模块包括键盘输入单元和屏幕显示单元，键盘输入单元和用于设置输液过程中的所有输液参数，屏幕显示单元用于实时显示输液信息。
6.根据权利要求1所述的一种一种输液监控控制***，其特征在于：所述的通信模块用于将输液信息发送到联机计算机中，且具有呼叫器功能。
7.根据权利要求1所述的一种一种输液监控控制***，其特征在于：该控制***还包括电源模块，用于为整个***电路提供工作电压，所述的电源模块提供电压为5V直流电。
8.根据权利要求4所述的一种一种输液监控控制***，其特征在于：所述的报警单元通过控制红色LED灯交替闪烁同时蜂鸣器发出警报。
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