利用AVR單片機設計醫(yī)用智能型液體點滴速度控制系統(tǒng)

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)護人員一般是靠經驗和觀察通過轉動輸液器上的滑輪對滴速進行手動調節(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，對提高現代醫(yī)療服務系統(tǒng)的效率和質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。利用現有的科技設計智能輸液系統(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解所有藥液流速，從而大大地節(jié)省人力。

本設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“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，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定點滴速度，并且能接收遙控器設定的信息以及能對異常情況進行報警。系統(tǒng)硬件結構框圖如圖1所示。下位機系統(tǒng)采用模塊化的設計思想，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），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。

圖1 硬件結構框圖

2.1 液滴檢測方案

滴速檢測采用的是紅外檢測技術，在茂菲氏滴管上方處對輸液速度進行測量。滴速檢測裝置結構圖如圖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。

圖2 滴速檢測裝置結構

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的控制電路構成了具有“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”電機結構和液位傳感器實現了藥液短缺時及時、準確地自動關閉液路功能，防止了“回血”現象的發(fā)生。滴速控制裝置原理圖如圖3所示。

圖3 滴速控制裝置原理圖

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構，即由一個主程序和若干個子程序模塊構成。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內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。

圖4 主程序流程圖

整個系統(tǒng)軟件采用模塊化結構。其中從站軟件系統(tǒng)包括：主程序：負責讀鍵、顯示和報警。通訊中斷程序：實現與主站通訊。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，其中主程序負責對從站的設定，顯示來自從站的實時值，及負責報警。通訊中斷程序負責與從站進行通訊，實現數據的實時采集。

4. 總結

本系統(tǒng)采用ATMECA16控制芯片簡化了系統(tǒng)的硬件結構，提高了系統(tǒng)的可靠性和實時性。利用“蠕動”電機結構和液位傳感器實現了藥液短缺時及時、準確地自動關閉液路功能，防止了“回血”現象的發(fā)生。藥液短缺時，關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)對實際工程應用有一定的指導意義。