CN108283741A - 一种基于单片机的智能点滴护理*** - Google Patents

一种基于单片机的智能点滴护理*** Download PDF

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Abstract

一种基于单片机的智能点滴护理***，本发明主要用于减少医疗输液过程中的安全隐患，对整个输液过程进行实时地监测及智能调节，避免空瓶输液、低温输液、过速输液等情况的发生。本设计基于51单片机，实现了对输液过程的监控。通过红外对射计数传感器、温度传感器对液滴数量和药液温度进行测量，之后将采集到的数据通过单片机进行数据分析并做出对应的判断处理，当数据超出正常范围时，单片机驱动步进电机、继电器等电子元件对滴速、药液温度进行调节，最终实现对输液流程的控制。

Description

一种基于单片机的智能点滴护理***
技术领域
本发明主要用于减少医疗输液过程中的安全隐患，对整个输液过程进行实时地监测及智能调节，避免空瓶输液、低温输液、过速输液等情况的发生。
本设计基于51单片机，实现了对输液过程的监控。通过红外对射计数传感器、温度传感器对液滴数量和药液温度进行测量，之后将采集到的数据通过单片机进行数据分析并做出对应的判断处理，当数据超出正常范围时，单片机驱动步进电机、继电器等电子元件对滴速、药液温度进行调节，最终实现对输液流程的控制。
背景技术
国内从20世纪80年代后期逐渐开展对医护***开发工作，相对于国外来说起步较晚。近年来，国内外在医疗器械的研发上逐渐趋向于智能化，都在积极开发医疗监护类***，减少在医护人力上的消耗。如今的输液监护***在防止空瓶输液、防止过速输液、防低温输液三个方面的研究已经逐渐趋向成熟。
2012年中国人民解放军第三二四医院公开发布了一项发明专利[1],其智能输液监测装置包括一个智能紧锁装置，其下方具有一个液体监测装置。液体监测装置上具有红外监测器和无线发射器，还包括一个外置的显示装置。能很好的预防液体输完后空气进入患者血管的问题，同时还对滴速实现了可视化的监控，方便护士或患者家属进行及时合理的调整。
对输液速度的检测和监控一直以来都是智能输液监护***的研究内容。在很早的时候，就有了对输液速度检测和控制方法的提出。在2017年发布的一项发明专利[2]就是对输液速度的监控以及调控的，单片机接收液面检测器感应的液位信息以及滴速检测器检测的滴速，并将液位信息和检测的滴速发送至输液监控终端；监控主机接收单片机传输的液位信息和检测的滴速，并将液位信息和检测的滴速显示在监控显示屏上供监控人员监控。智能输液***通过在滴壶设置液面检测器和滴速检测器，能实时检测液位和液速，当液速过快或者较慢时，能自动调节液速到达给定值。当滴壶中没有药液时，能提醒医护人员换药并且自动止液。2016 年发布的一项发明专利[3]也是用于输液流速过快同时防止点滴输完后不能及时发现的问题的。
防低温输液的方法早在1999年就已经出现，现在的技术有了很大的改进，2011年发布的一项专利[4]智能输液加热器就是这方面的研究，这一项发明外壳表面设有显示模块，外壳外部设有恒温发热件，外壳内部设有智能控制电路，智能控制电路与恒温发热件、显示模块连接；采用智能芯片控制恒温发热件加热输液液体。
[1]一种智能输液监测装置,申请号/专利号：CN201220679798.3,发明设计人:中国人民解放军第三二四医院。
[2]一种智能输液***，申请号/专利号：CN201710197703.1，发明设计人：陆宏谦；翟康。
[3]智能输液监控***，申请号/专利号：CN201610656536.8，发明设计人：潘远蕻；张志勇；王平。
[4]智能输液加热器，申请号/专利号：CN201110009871.6，发明设计人：刘峰；王启宁；谢广明；王龙。
发明内容
发明针对输液过程中常出现的问题，设计了一个全面的智能点滴护理。本***以单片机为控制中心，结合红外对射传感器、温度传感器、固态继电器、蜂鸣器等电子元件共同实现。以***实现的功能点进行模块划分，共分为四大模块，分别是空瓶预警、滴速检测、滴速控制以及防低温输液模块。
滴速检测模块利用红外对射计数传感器对计算输液速度；滴速控制模块采用的是四相步进电机。当滴速检测模块检测到的滴速超过滴速范围时，单片机使步进电机转动，带动输液瓶，使输液瓶下降，减小输液瓶与病患之间的高度；防低温输液模块是由一个DHT11温度传感器和固态继电器共同实现的，只需将DHT11传感器贴紧输液管即可测量药液温度。当传感器感应到温度超出某一温度范围值时，就会自动开启或关闭恒温加热器进行微加热处理；空瓶预警模块选用一个蜂鸣器实现，使用的是有源蜂鸣器。当滴速检测模块在30秒内检测到的滴速为0时，打开蜂鸣器，表示此患者需要进行拔针或换药处理。
1、***整体框架
1)***模块划分
本***以单片机为控制中心，以***实现的功能点进行模块划分，共分为四大模块，分别是空瓶预警、滴速检测、滴速控制以及防低温输液模块。
2)***工作流程图
给开发板上电后，整个***开始工作，对输液速度以及药液温度进行实时监测。图(1)为智能点滴护理***的工作流程图，图1的左边部分，是防低温输液模块，当药液的温度低于25℃时，通过继电器打开微加热器进行恒温微加热处理，若药液温度处于正常范围，则继续对其进行温度监测。
工作流程图的右边部分是空瓶预警、滴速检测以及滴速控制模块。输液完毕的判定条件是：在30秒内，输液管的小滴壶中没有液滴滴落，即点滴滴速检测模块在30秒内检测到的滴速为0。当满足这一条件后，发送预警信号，告诉医护人员有需要进行拔针或换药处理病患。应答按键设在病患输液位置旁，医护人员按下应答按键表示收到预警信号，正在进行处理。应答按键按下后，停止发送预警信号。
滴速检测模块实时向滴速控制模块传递数据。滴速检测模块将半分钟内感应到的液滴数量转化为滴速，并将滴速传递给滴速控制模块。滴速控制模块将滴速检测模块传来的数据进行判断，若超出了设定的速度范围，则使用步进电机降低点滴瓶与病患之间高度，从而调整输液速度，直至满足所设定的速度范围。
3)***整体电路图如图(2)所示。
2、滴速检测模块设计与实现
1)模块功能说明
滴速检测模块就是为了解决在输液过程中输液速度难以直观获取，需要依靠人为经验进行判断的问题，利用红外对射计数传感器对计算输液速度。
2)模块工作原理
红外对射计数传感器的发射端和接收端分别位于小滴壶两侧，图(3)为滴速检测原理示意图。当小滴壶中无液滴下落时，接收端能够感应到来自于同一水平线上发射端发出的红外信号。但在小滴壶中有液滴下落时，液滴在红外对射计数传感器的发射端与接收端之间形成阻挡，接收端无法感应到红外信号。根据有无液滴阻挡的情况，记录30秒内有液滴阻挡的次数，大致得出输液速度。
图(4)为红外对射计数传感器的原理图。当传感器的接收端能够感应到发射端传来的红外线时，即没有液滴下落的情况下，传感器的输出端电平为低电平。当传感器的接收端无法感应到发射端传来的红外线时，即有液滴下落的情况下，传感器的输出端电平为高电平。
3)模块核心代码
3、滴速控制模块设计与实现
1)模块功能说明
有相关数据显示，当输液过程中的输液速度过快时，会对人体的生理指标造成一定影响，如血压升高、脉搏加快等。为避免病人在不了解输液相关医疗知识的情况下，自行调节输液速度而导致发生医疗事故的问题，滴速控制模块能够对输液速度实现自反馈式的智能调节。对滴速检测模块检测到的数据进行判断，当速度过快时，进行速度调节。
2)模块工作原理
图(5)为滴速控制原理示意图，输液瓶的底部通过连接绳与步进电机相连。滴速控制模块采用的是四相步进电机。当滴速检测模块检测到的滴速超过滴速范围时，单片机使步进电机转动，带动输液瓶，使输液瓶下降，减小输液瓶与病患之间的高度。高度h2越大，点滴下落速度越快，高度h2越小，点滴下落速度越慢。
3)模块核心代码
4、空瓶预警模块设计与实现
1)模块功能说明
当处于医疗高峰期或病患自身状态不清醒的情况下，医护人员无法得知病患是否输液完毕。在输液结束后，若医护人员不能及时进行拔针或换药处理，可能会由于气压差出现血液回流，也可能将空气注入血管中。但如果提前进行拔针或者换药处理，又会造成药物的浪费，达不到治疗效果。空瓶预警模块就是为了解决这一问题。当滴速检测模块在30秒内没有在小滴壶中检测到液滴滴落，则表明此时输液瓶中已经没有药液，需要医护人员进行拔针或换药处理。此时，空瓶预警模块将会发送预警信号给医护人员，通知他们前来处理。
2)模块工作原理
空瓶预警模块选用一个蜂鸣器实现，使用的是有源蜂鸣器。当滴速检测模块在30秒内检测到的滴速为0时，打开蜂鸣器，表示此患者需要进行拔针或换药处理。
3)模块核心代码
5、防低温输液模块设计与实现
1)模块功能说明
防低温输液模块在输液过程中对药液温度进行实时监测，减少低温输液对患者造成的不适，当检测药液温度在25℃以下时，利用继电器将微加热器打开，对药液实施恒温微加热处理。随着温度逐渐升高，当传感器感应此时的输液温度在25℃以上时，为避免温度过高影响药效，将会关闭加热器，停止加热处理。
2)模块工作原理
此模块功能由一个DHT11温度传感器和固态继电器共同实现，DHT11温度传感器是一款多功能传感器。图(6)为温度传感器的连接图。只需将DHT11传感器贴紧输液管即可测量药液温度。当传感器感应到温度超出某一温度范围值时，开启或关闭恒温加热器进行微加热处理。
图(7)为继电器工作原理图。本模块采用的是交流型常闭固态继电器。因为继电器可以支配电路的导通或者断开，所以利用其这一特性与温度传感器进行搭配使用以防止低温输液。
3)模块核心代码
6、***整体实现
图(8)为***整体结构实物图，***上搭载有一套输液装置、红外对射计数传感器、温度传感器、步进电机、继电器、恒温微加热以及51单片机开发板。能够对输液速度、药液温度进行数据监测及调节，当输液完毕后，会发出预警通知。
附图说明
图1为智能点滴护理***的工作流程图；
图2为本发明的整体***电路图；
图3为滴速检测原理示意图；
图4为红外对射计数传感器原理图；
图5为滴速控制原理示意图；
图6为温度传感器的连接图；
图7为继电器内部原理图；
图8为***整体结构实物图。

Claims (5)

1.一种基于51单片机的智能点滴护理***，能对整个输液过程进行实时地监测及智能调节，避免空瓶输液、低温输液、过速输液等情况的发生，其特征在于包括以下几个模块：空瓶预警装置、滴速检测及滴速控制装置、防低温输液装置。
2.根据权利1所述的智能点滴护理***，其特征在于：所述的在滴速控制装置，输液瓶的底部通过连接绳与步进电机相连，滴速控制模块采用的是四相步进电机，四相步进电机，拥有优良的跟随性以及没有误差累计，当滴速检测装置检测到的滴速超过滴速范围时，单片机使步进电机转动，带动输液瓶，使输液瓶下降，减小输液瓶与病患之间的高度，从而调整输液速度，直至满足所设定的速度范围。
3.根据权利1所述的智能点滴护理***，其特征在于：所述的在空瓶预警装置，选用一个蜂鸣器实现，使用的是有源蜂鸣器，当滴速检测模块在30秒内检测到的滴速为0时，打开蜂鸣器，将会发送预警信号给医护人员，通知他们前来处理。
4.根据权利1、权利2、权利3所述的智能点滴护理***，其特征在于：所述的滴速检测装置，红外对射计数传感器的发射端和接收端分别位于小滴壶两侧，当小滴壶中无液滴下落时，接收端能够感应到来自于同一水平线上发射端发出的红外信号，但在小滴壶中有液滴下落时，液滴在红外对射计数传感器的发射端与接收端之间形成阻挡，接收端无法感应到红外信号，根据有无液滴阻挡的情况，记录30秒内有液滴阻挡的次数，大致得出输液速度。
5.根据权利要求1所述的智能点滴护理***，其特征在于：所述防低温输液装置，由一个DHT11温度传感器和固态继电器共同实现，本模块采用的是交流型常闭固态继电器，只需将DHT11传感器贴紧输液管即可测量药液温度，当传感器感应到温度超出某一温度范围值时，开启或关闭恒温加热器进行微加热处理。
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