基于AVR單片機(jī)的醫(yī)用智能輸液系統(tǒng)

　　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(diào)解藥液流速，速度過快由于點(diǎn)滴里有鉀元素的成分會(huì)造成血管刺激，通常刺激會(huì)表現(xiàn)為疼痛。但通常輸液快慢要看自身身體情況，但輸液還是會(huì)對(duì)血管和心臟，腎臟有刺激。利用現(xiàn)有的科技設(shè)計(jì)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(shí)地停止輸液防止血液回流等，醫(yī)護(hù)人員可以通過主控室觀察和調(diào)解所有藥液流速，從而大大地節(jié)省人力。

　　本設(shè)計(jì)研究一種操作方便，顯示直觀，具有報(bào)警功能的智能型液體點(diǎn)滴速度控制器，該系統(tǒng)讓護(hù)理人員監(jiān)控病人打點(diǎn)滴的進(jìn)程時(shí)間得到充分利用，避免病人在輸液過程中出現(xiàn)“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(shù)，同時(shí)減少護(hù)理人員的工作量，給護(hù)理人員更舒適的工作環(huán)境。

　　2. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

　　本系統(tǒng)采用ATMEGA16作為主控制芯片來控制液滴速度、報(bào)警信息以及液架的運(yùn)動(dòng)方向，輸液器能通過遙控器任意設(shè)定點(diǎn)滴速度，并且能接收遙控器設(shè)定的信息以及能對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。下位機(jī)系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，包括液位檢測與報(bào)警系統(tǒng)，滴速系統(tǒng)（包括滴速控制裝置，鋼珠等執(zhí)行機(jī)構(gòu)），單片機(jī)處理系統(tǒng)，通訊模塊，自定義遙控器模塊，顯示以及報(bào)警模塊，角度傳感模塊等部分。液位檢測模塊主要用于對(duì)液位的報(bào)警，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在程序的控制下完成滴速控制；通訊模塊用于和主機(jī)的通訊。

　　圖1 硬件結(jié)構(gòu)框圖

　　2.1 液滴檢測方案

　　滴速檢測采用的是紅外檢測技術(shù)，在茂菲氏滴管上方處對(duì)輸液速度進(jìn)行測量。滴速檢測裝置結(jié)構(gòu)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(hào)進(jìn)行輸出。如果此時(shí)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(shí)茂菲氏滴管中有液滴滴下，由于液滴擋了一下光線，液滴對(duì)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(hào)。將光電三極管輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，通過檢測輸出端電壓信號(hào)的強(qiáng)弱就可以檢測出有無液滴落下。把檢測到的信號(hào)經(jīng)過整形后送入單片機(jī)進(jìn)行處理，就可以計(jì)算出輸液的點(diǎn)滴速度。

　　圖2 滴速檢測裝置結(jié)構(gòu)

　　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(yīng)的控制電路構(gòu)成了具有“蠕動(dòng)”效果的電動(dòng)機(jī)用來控制液體滴速，能夠達(dá)到對(duì)液滴的精確控制，利用“蠕動(dòng)”電機(jī)結(jié)構(gòu)和液位傳感器實(shí)現(xiàn)了藥液短缺時(shí)及時(shí)、準(zhǔn)確地自動(dòng)關(guān)閉液路功能，防止了“回血”現(xiàn)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(hù)，全部程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，即由一個(gè)主程序和若干個(gè)子程序模塊構(gòu)成。主程序首先完成初始化工作，包括定時(shí)器初始化、液晶模塊初始化、中斷初始化、系統(tǒng)時(shí)鐘初始化、其他參數(shù)的初始化等。然后啟動(dòng)定時(shí)器進(jìn)行定時(shí)，開中斷允許單片機(jī)響應(yīng)內(nèi)部中斷和外部中斷請(qǐng)求。各程序功能模塊包括液晶顯示、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、報(bào)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(gè)系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)。其中從站軟件系統(tǒng)包括：主程序：負(fù)責(zé)讀鍵、顯示和報(bào)警。通訊中斷程序：實(shí)現(xiàn)與主站通訊。滴速采樣和儲(chǔ)液瓶的隨人體移動(dòng)檢測，其中，中斷M1檢測液位情況，發(fā)生中斷停止輸液，產(chǎn)生報(bào)警，中斷M2檢測人體移動(dòng)方向，如果發(fā)生中斷，單片機(jī)輸出PWM脈沖，從而控制電機(jī)帶動(dòng)儲(chǔ)液瓶定向移動(dòng)。保證儲(chǔ)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(fù)責(zé)對(duì)從站的設(shè)定，顯示來自從站的實(shí)時(shí)值，及負(fù)責(zé)報(bào)警。通訊中斷程序負(fù)責(zé)與從站進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。

　　4. 總結(jié)

　　本系統(tǒng)采用ATMECA16控制芯片簡化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。利用“蠕動(dòng)”電機(jī)結(jié)構(gòu)和液位傳感器實(shí)現(xiàn)了藥液短缺時(shí)及時(shí)、準(zhǔn)確地自動(dòng)關(guān)閉液路功能，防止了“回血”現(xiàn)象的發(fā)生。藥液短缺時(shí)，關(guān)閉液路的同時(shí)用戶端采用聲光提醒，同時(shí)通過無線傳輸方式將相關(guān)信息發(fā)送至值班室，及時(shí)通知值班醫(yī)護(hù)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(duì)實(shí)際工程應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。