??? 摘? 要： 針對目前醫療過程中存在的問題，研制了智能液體點滴監測系統。系統采用紅外對射對儲液高度及點滴速度進行監測。通過構建合理的通信協議，實現了主站與從站之間的可靠通信。試驗證明，系統價格低廉、可靠性高。?
??? 關鍵詞： 液體點滴監控；紅外檢測；CAN通信
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??? 靜脈輸液是臨床中一種普遍使用的治療手段，長期以來一直靠人工控制。在傳統輸液中[1]，易發生一些異常情況，如管路堵塞、滴速異常及輸液完畢無提示等。如果這些異常情況不能及時被發現，就會給病人造成傷害，嚴重的還會造成醫療事故。?
??? 該智能液體點滴監控系統，可以對多床位進行遠程監控，并能針對不同的輸液速度設定滴速。該系統分為各床位輸液監控裝置（從站）及監控中心（主站）兩部分。監控中心顯示各床位的輸液情況。出現異常情況時，各床位的監控儀進行聲光報警，并向主站發送報警信號，同時關閉輸液裝置或進行自動調整，等待護士前來處理。?
1 從站設計方案?
1.1 預期效果?
??? 上電后，滴速記憶器自動記憶滴速，進入工作狀態。利用矩陣鍵盤設定滴速，然后控制步進電機轉動實現滴速調整，同時對滴速進行檢測和LCD顯示。?
??? 可對異常情況報警并做出相應處理：(1)當管路堵塞時，發出報警信號，自動關閉輸液器，等待護士前來處理；(2)當滴速異常時，發出報警信號，自動調整滴速或等待護士處理；(3)輸液結束時，自動關閉輸液器并報警。輸液管路中應留一部分藥液，從而給護士留出時間前來處理，也使得在需要繼續輸液時，前后輸液兼容。報警提示一段時間后，需要中斷向主站傳送的報警信號，以不妨礙其他病床輸液監控及報警。但從站本身依舊處于報警狀態，直到手工解除或報警情況消失[2]。?
1.2 原理框圖?
??? 監控系統原理框圖如圖1所示。?
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1.3 主要模塊設計方案?
1.3.1 滴速檢測?
??? 滴速檢測采用光電傳感器，主要由紅外發射與紅外接收對管組成。當有液滴滴下時，在輸出波形上會出現脈沖。通過對脈沖計數，可以測出滴速。在實際測量過程中，外界光源以及輸液管管壁上的水珠等都會對計數造成干擾。檢測裝置外罩上黑色橡皮套，以減少外界光源影響，并且采用硬件方案對誤差進行消除。具體電路如圖2所示。?
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??? 由紅外對管產生的不規則脈沖經過LM339比較器進行比較，將其轉換為方波信號；然后利用單穩態電路，通過設定合適的電阻電容參數，消除雙脈沖干擾。去噪后的信號接到單片機INT0,通過中斷服務程序對點滴進行計數。?
1.3.2 步進電機驅動電路?
??? 本系統中，通過步進電機帶動滑輪來控制儲液瓶的高度實現滴速控制。步進電機的驅動電路如圖3所示。電路中采用了ULN2003芯片，它是7路達林頓驅動器陣列組成的集電極開路(OC)輸出反向器，最大驅動電流可以達到500mA，足以滿足步進電機的驅動要求。?
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1.3.3 滴速記憶模塊?
??? 滴速記憶裝置選用MICROCHIP公司生產的24LC16作為存儲芯片。它是具有I2C接口的EEPROM，分為8個頁面，每頁256 B，完全滿足存儲空間及性能的要求[3]。芯片的時鐘脈沖端(SCL)接P1.2，通過內部定時器輸出頻率為1kHz的時鐘信號，數據傳輸端(SDA)接P1.3。?
1.3.4 余液檢測電路?
??? 余液檢測電路采用紅外對射管實現。將紅外對射管分別放在警戒液位兩側。當液面下降至警戒液位以下時，其輸出電平發生跳變。將輸出電平接至P1.0引腳，單片機檢測到跳變電平時，發出報警信號。由于液面的變化只使輸出信號跳變一次，故可以不考慮噪聲干擾。其設計電路如圖4所示。當余液液面降至警戒液位之下時，P1.0上出現電平跳變。?
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1.3.5 通信模塊?
??? 該設計中采用CAN通信方式。CAN-bus總線在通信能力、可靠性、實時性、靈活性及易用性方面有明顯優勢，并且傳輸距離遠，成本低廉[4]。系統采用PCA82C250作為CAN總線的收發器，以實現CAN總線物理層的通信。具體電路如圖5。?
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1.4 軟件設計?
????在實際通信過程中，各從站需要從主站得到分配的地址，才能保證通信的正常進行。在從站進入工作狀態后，通過鍵盤設定滴速，使用紅外對管檢測滴速并顯示。當出現異常時，向主站發出報警信號，并進行相應處理。具體流程圖6所示。 ?
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2 主站設計方案?
2.1 預期效果?
??? 主站接收從站發來的信號并對其進行記錄。當檢測到報警信號時，主站發出報警信號，并顯示異常類型。護士對于一些異常情況可以在主站進行調控，如滴速調整。各從站的數據元素都存入數據庫中，方便今后的檢索及查詢，數據單元包括護士姓名、藥名及用量、輸液滴速變化情況、病人信息、日期等[5]。?
2.2 設計方案?
??? 主站的設計包括從站信號收發模塊及PC機軟件設計。利用CAN收發芯片PCA82C250接收從站信號后輸入AT89C52。單片機將接收到的信號送入PC機并進行判斷。若為異常情況信號，則發出報警。PC機軟件主要包括從站信號的記錄以及異常情況的提醒。具體流程如圖7所示。?
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3 系統通信?
??? 系統采用總線型網絡和時分多路復用協議(TDMA)，將主機與檢測終端之間點對多點的通信轉化為點對點的通信，從而有效地解決了同頻段數據沖突問題[6]。?
??? 每個工作的從站都由主站分配唯一的地址，主站與從站采用應答模式進行通信。由主站向各終端逐個發出命令，收集監測信息。各從站對主機發出的命令進行響應。若發現數據目標地址與自身地址相符則響應，否則丟棄。主機巡回檢測完所有中斷后，檢查是否有新的端口入網。若有，則為其分配地址，進行下一輪巡回檢查。?
??? 主站與從站之間的通信格式如圖8。?
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??? 主從標志用于判斷是主站發送的信息還是從站發送的信息，為1時表示主站，為0 時表示從站。命令號用于區分檢測還是設定，為1 時表示檢測，為0時表示設定；報警標志用于從站傳送報警信號，默認值為0000，表示未報警，0001～0011表示三種異常情況，前兩位保留，方便今后擴展。?
??? 該系統綜合運用了單片機監控技術、通信技術等。經試驗證明，最大誤差檢測只有2%，很好地滿足了實際應用要求。且其具有功耗低、體積小、價格低廉、可靠性高等優點，能夠有效地減輕醫務工作者的工作量，提高醫院信息化程度[7]。?
參考文獻?
[1] 王紫婷，王瑞峰，嚴天峰.智能液體點滴速度監控儀[J].自動化與儀器儀表，2004(5)：48-50.?
[2] 于匯泉，呂麗雪.普通輸液報警及控制系統的設計和研制[J].醫療設備信息，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] 全國大學生電子設計競賽獲獎作品選編[M].北京：北京理工大學出版社，2003.?
[5] 尹明，謝云.一種新型無線輸液監護系統的設計[J].計算機與數字工程，2007(8)：176-178.?
[6] 肖瑋，涂亞慶，王杰，等.液體點滴的無線智能監測系統設計與實現[J].電子測量技術，2008(1)：133-136，255.?
[7] 羚陽.用凌陽SPCE061A實現的液體點滴速度監控裝置[J].電子世界，2003(11)：37-40?