摘  要： 针对目前医疗过程中存在的问题，研制了智能液体点滴监测系统。系统采用红外对射对储液高度及点滴速度进行监测。通过构建合理的通信协议，实现了主站与从站之间的可靠通信。试验证明，系统价格低廉、可靠性高。 

    关键词： 液体点滴监控；红外检测；CAN通信

    静脉输液是临床中一种普遍使用的治疗手段，长期以来一直靠人工控制。在传统输液中^[1]，易发生一些异常情况，如管路堵塞、滴速异常及输液完毕无提示等。如果这些异常情况不能及时被发现，就会给病人造成伤害，严重的还会造成医疗事故。 

    该智能液体点滴监控系统，可以对多床位进行远程监控，并能针对不同的输液速度设定滴速。该系统分为各床位输液监控装置（从站）及监控中心（主站）两部分。监控中心显示各床位的输液情况。出现异常情况时，各床位的监控仪进行声光报警，并向主站发送报警信号，同时关闭输液装置或进行自动调整，等待护士前来处理。 

1 从站设计方案 

1.1 预期效果 

    上电后，滴速记忆器自动记忆滴速，进入工作状态。利用矩阵键盘设定滴速，然后控制步进电机转动实现滴速调整，同时对滴速进行检测和LCD显示。 

    可对异常情况报警并做出相应处理：(1)当管路堵塞时，发出报警信号，自动关闭输液器，等待护士前来处理；(2)当滴速异常时，发出报警信号，自动调整滴速或等待护士处理；(3)输液结束时，自动关闭输液器并报警。输液管路中应留一部分药液，从而给护士留出时间前来处理，也使得在需要继续输液时，前后输液兼容。报警提示一段时间后，需要中断向主站传送的报警信号，以不妨碍其他病床输液监控及报警。但从站本身依旧处于报警状态，直到手工解除或报警情况消失^[2]。 

1.2 原理框图 

    监控系统原理框图如图1所示。 

1.3 主要模块设计方案 

1.3.1 滴速检测 

    滴速检测采用光电传感器，主要由红外发射与红外接收对管组成。当有液滴滴下时，在输出波形上会出现脉冲。通过对脉冲计数，可以测出滴速。在实际测量过程中，外界光源以及输液管管壁上的水珠等都会对计数造成干扰。检测装置外罩上黑色橡皮套，以减少外界光源影响，并且采用硬件方案对误差进行消除。具体电路如图2所示。 

    由红外对管产生的不规则脉冲经过LM339比较器进行比较，将其转换为方波信号；然后利用单稳态电路，通过设定合适的电阻电容参数，消除双脉冲干扰。去噪后的信号接到单片机INT0,通过中断服务程序对点滴进行计数。 

1.3.2 步进电机驱动电路 

    本系统中，通过步进电机带动滑轮来控制储液瓶的高度实现滴速控制。步进电机的驱动电路如图3所示。电路中采用了ULN2003芯片，它是7路达林顿驱动器阵列组成的集电极开路(OC)输出反向器，最大驱动电流可以达到500mA，足以满足步进电机的驱动要求。 

1.3.3 滴速记忆模块 

    滴速记忆装置选用MICROCHIP公司生产的24LC16作为存储芯片。它是具有I²C接口的EEPROM，分为8个页面，每页256 B，完全满足存储空间及性能的要求^[3]。芯片的时钟脉冲端(SCL)接P1.2，通过内部定时器输出频率为1kHz的时钟信号，数据传输端(SDA)接P1.3。 

1.3.4 余液检测电路 

    余液检测电路采用红外对射管实现。将红外对射管分别放在警戒液位两侧。当液面下降至警戒液位以下时，其输出电平发生跳变。将输出电平接至P1.0引脚，单片机检测到跳变电平时，发出报警信号。由于液面的变化只使输出信号跳变一次，故可以不考虑噪声干扰。其设计电路如图4所示。当余液液面降至警戒液位之下时，P1.0上出现电平跳变。 

1.3.5 通信模块 

    该设计中采用CAN通信方式。CAN-bus总线在通信能力、可靠性、实时性、灵活性及易用性方面有明显优势，并且传输距离远，成本低廉^[4]。系统采用PCA82C250作为CAN总线的收发器，以实现CAN总线物理层的通信。具体电路如图5。 

1.4 软件设计 

    在实际通信过程中，各从站需要从主站得到分配的地址，才能保证通信的正常进行。在从站进入工作状态后，通过键盘设定滴速，使用红外对管检测滴速并显示。当出现异常时，向主站发出报警信号，并进行相应处理。具体流程图6所示。  

2 主站设计方案 

2.1 预期效果 

    主站接收从站发来的信号并对其进行记录。当检测到报警信号时，主站发出报警信号，并显示异常类型。护士对于一些异常情况可以在主站进行调控，如滴速调整。各从站的数据元素都存入数据库中，方便今后的检索及查询，数据单元包括护士姓名、药名及用量、输液滴速变化情况、病人信息、日期等^[5]。 

2.2 设计方案 

    主站的设计包括从站信号收发模块及PC机软件设计。利用CAN收发芯片PCA82C250接收从站信号后输入AT89C52。单片机将接收到的信号送入PC机并进行判断。若为异常情况信号，则发出报警。PC机软件主要包括从站信号的记录以及异常情况的提醒。具体流程如图7所示。 

3 系统通信 

    系统采用总线型网络和时分多路复用协议(TDMA)，将主机与检测终端之间点对多点的通信转化为点对点的通信，从而有效地解决了同频段数据冲突问题^[6]。 

    每个工作的从站都由主站分配唯一的地址，主站与从站采用应答模式进行通信。由主站向各终端逐个发出命令，收集监测信息。各从站对主机发出的命令进行响应。若发现数据目标地址与自身地址相符则响应，否则丢弃。主机巡回检测完所有中断后，检查是否有新的端口入网。若有，则为其分配地址，进行下一轮巡回检查。 

    主站与从站之间的通信格式如图8。 

    主从标志用于判断是主站发送的信息还是从站发送的信息，为1时表示主站，为0 时表示从站。命令号用于区分检测还是设定，为1 时表示检测，为0时表示设定；报警标志用于从站传送报警信号，默认值为0000，表示未报警，0001～0011表示三种异常情况，前两位保留，方便今后扩展。 

    该系统综合运用了单片机监控技术、通信技术等。经试验证明，最大误差检测只有2%，很好地满足了实际应用要求。且其具有功耗低、体积小、价格低廉、可靠性高等优点，能够有效地减轻医务工作者的工作量，提高医院信息化程度^[7]。 

参考文献 

[1] 王紫婷，王瑞峰，严天峰.智能液体点滴速度监控仪[J].自动化与仪器仪表，2004(5)：48-50. 

[2] 于汇泉，吕丽雪.普通输液报警及控制系统的设计和研制[J].医疗设备信息，2004(9)：10-11，17. 

[3] Micochip.24LC16B 6K 2.5V I2C[TM] Serial EEPROM Datasheet[EB/OL].http：//www.microchip.com/downloads/cn/DeviceDoc/cn011855.pdf,2001. 

[4] 全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编[M].北京：北京理工大学出版社，2003. 

[5] 尹明，谢云.一种新型无线输液监护系统的设计[J].计算机与数字工程，2007(8)：176-178. 

[6] 肖玮，涂亚庆，王杰，等.液体点滴的无线智能监测系统设计与实现[J].电子测量技术，2008(1)：133-136，255. 

[7] 羚阳.用凌阳SPCE061A实现的液体点滴速度监控装置[J].电子世界，2003(11)：37-40