李春君的单片机初赛作品创意书.docx
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李春君的单片机初赛作品创意书
2008年“盛群杯”重庆大学生单片机应用设计竞赛
作品创意书
(参赛编号)
(作品名称)
基于无线通信的智能输液动态监控系统
(学校名称)
重庆科技学院
(科系所名称)
电子信息工程学院
(指导老师)
向毅
(参赛学生)
李春君
胡雪原
梁中华
毛必金
公元2009年3月12日
作品创意书
一、摘要
本设计是为了提高护士的工作效率、减少或避免医疗事故而设计。
用红外对管来完成点滴的计数和点滴的速度的检测,动态提示输液所需时间和剩余时间,以及输液完成时的报警;通过该系统,护士可以事先设定输液过程的点滴速度,系统实时检测现有点滴速度与设定速度,得到反馈信号,然后通过步进电机来动态自动纠正输液过程中点滴速度的误差,保证整个输液过程的点滴速度与设定值一致,从而避免或减少医疗事故的发生。
通过无线通信模块将输液过程的点滴速度实时值、输液过程所剩时间等相关信息传输到护士办公室内的服务器,达到对病人输液过程的信息进行记录,作为医疗记录存档,或在服务器端动态显示相应输液病人输液所剩时间,供护士巡视参考。
二、作品介绍
在当今的社会中,人们的物质生活促进得到了满足。
人们对健康的追求日益提升。
然而在当前的很多医疗机构里,大多常用的医疗设施依旧停留在传统的阶段,越来越跟不上当代人们的需求。
自动化与智能化早已深入千家万户。
给人们带来了极大的方便,提高了了人们的生活质量,促进了社会的发展。
在医疗领域里,自动化早已运用在各类电子设备中。
然而没有深入普及,很多日常的医疗用具还有享受到信息化的优戴。
人们早已等了很久。
如果能将自动控制全面地运用到各项设备中,将会迎来医学领域的一大改革!
本创新项目面向的对象是医疗中的常用设备-----输液器。
打点滴,是一段很漫长的等待过程。
一直以来,传统的点滴器都是采用人工管理的模式。
在这种管理模式下,病人打点滴需要有看护人或者病人自己看护。
病人在输液过程中,需要随时查看输液进程,病人不能安心睡觉休息。
或者在整个输液过程中出现异常(如点滴数太慢或太快),但护士没有觉察到,或者看护人员一时疏忽就会给病人带来痛苦甚至导致医疗事故。
如果引入了自动控制设备,对点滴过程进行实时的监控。
一旦出现异常就会发出警报并向服务总台发出警告。
这样以来,免去了护士的部分劳力,同时病人可以安心地休息,不必担心。
当前,社会上已出现了对点滴器的研究,但很少有想到将无线通信作为主要的连接方式的大胆设想。
本小组就改进这一缺点,基于无线通信搭建一个点滴网。
护士只需坐在办公室就可以看到所有病人的点滴情况,不必来回巡视。
又因本系统是基于无线通信模块的,所以与病人打点滴的位置没有关系。
这样,病人可以在此过程中任意地走动。
不会因有线式的点滴网带来走动不方便的麻烦。
同时,本系统的另一大亮点是:
采用了HOTEK公司提供的单片机,由该单片来控制所有的设备。
大大地降低了本系统的生产成本。
有利于本产品的推广。
本系统由两大部分构成:
监控端、服务端。
所谓监控端,就是在打点滴的过程中,实时检测点滴滴速,并与原设相比较,时时对滴速进行调整,同时还将服务端发送报告的设备。
服务端,是由接收器与PC机组成。
接收端的功能是对监控端的数据进行接收同时将数据打包传给PC机的设备。
PC的功能主要是对每一个点端进行计数并计算出滴速、滴液进度,并以友好的界面显示出来。
如果监控端出现了异常,就发出警告。
在这个系统中,监控端有多个,服务端只有一个。
服务端一般放在护士办公室里。
只要有护士在,就能及时反应各种情况。
本设计还有很高的实用性,产品是可以复用的,有很长的使用寿命,更易为医疗机构接受。
三、工作原理
本系统是C/S构架的。
也就是可以有多个监控端,存在一个服务端对它们进行管理。
1、电路部分:
本系统是以Hotekl单片机为主体,用其相关原功能来完成电路设计,在电路部分中,对液滴的计数问题采用红外对管脉冲来完成,我们采用三对对管来完成对点滴的监控,分上限、下限时实监控和测速。
为了方便护士的管理,主从机的交互也是必不可少的功能,此装置采用无线通信技术来完成。
2、机械传动部分:
用步进电机作传动,对输液管进行卡掐和放松来控制它的速度。
而步进电机又可以通过功率放大器而被单片机信号所控制。
监控端框架图:
监控端基本结构图
四、作品功能、特色
基于无线通信的智能点滴监控仪,是一个新生的事物。
它能完成对点滴过程的实时监控功能。
能自动校正滴速、对异常情况发出警告、并能将数据传给服务端的PC机,以朋好的界面将各种数据显示出来。
本系统的特色如下:
1.采用红外线对管实实检测滴液的滴速。
对管价格低廉且精确。
2.通过反馈,可能通过步进机对滴管的流径进行控制。
从而可以通过编程的方式调整滴速。
3.用户在开始使用本设备的时候,可以根据病人的状况动态地设定滴液的速度。
4.红外对管可以测出滴速,与用户设定的速度进行比较。
并通过步进机对滴速进行调整。
5.每滴一滴药液,设备都会对其进行计数。
通过记忆的方式,可以算出已滴的药液量与及剩余的量。
6.一个服务端可以同时管理多个监控端,服务端与监控端的通信是用无线数据传送模块来完成的。
监控端的可移动性很强。
7.能检测排气管的水位。
如果出现异常情况,可能通过无线传输模块向总台发出紧急提示。
8.提供一个紧急按钮向总台发出请求,方便病人呼叫医务人员。
9.因为本系统采用的是无线通信模块。
病人的可以随便走动,不会因布线式的点滴仪而带来移动不便的问题。
10.因一个服务端可以管理所有的监控端。
医务人员不必回来巡视。
11.本产品是可复用的,当需要对某点滴过程进行实时监视,就可以将本品安置在滴管上。
开启工作便可。
若点滴过程结束,可以很轻松地将点滴仪监控仪从滴管上卸下来。
可再利用。
12.本品将支持断电恢复功能。
也就是异外掉电后,重启后可恢复掉电前的状态。
进一步增强可靠性。
五、作品结构
(一)硬件部分
1、滴速检测校正模块:
滴速检测校正模块由两部分组成:
滴液检测模块、滴速调整模块。
如下图所示:
检测模块示意图
检测监控是协同工作的。
检测模块实时地计算点滴速度,并将当前的速度与预设的速度进行比较。
一旦点滴速度误差超出了预定范围,就控制调速器进行校正。
从而达稳定滴速的目的。
(1)滴速检测模块
滴速检测是用红外线对管来完成的。
当一滴液体从下掉落下来的时候,会通过红外线发射管与红外线接收管间的红外线。
由于液滴的横切面是一圆,对红外光有散色作用。
一旦红外线通过液滴,产生了散色效果。
以致接收管所能按收到的红外光顷刻减弱。
由下电路图可以分析到。
当接收管所接收到的红外光减弱。
接收管的阻值增加。
它的输出电压就升高。
将输出的电压与可调电阻输出的电压进行比较。
如果对管电压高于电阻输出的电压,则电压比较器输出高电平。
当液滴离开了红外线,电压值又立即变成低电平。
从而产生一个脉冲,通过555芯片进行去抖后输给MCU的中断接口产生一个事件。
在该事件中,对滴液进行计数。
一定时间内统计一次,可以算出该时间段的滴速。
(2)滴速校正模块
滴速校正模块是由机械调节器,与及使能它的步机电机与步机进驱动电路组成。
机械部分,是一两个大小不同且不同心的圆。
大圆与步进机的齿轮外接。
小圆无齿且边沿光滑。
与大圆重叠,但不同心。
步进机转动带到大圆与及附在大圆上的小圆。
由于小圆与大圆不同心,所以外径不等。
由此可以使小圆压迫输液管,使流速可调。
在步进机驱动方面,我们采用了ULN203A芯片,它是7路达林顿驱动器阵列,最大驱动电流500MA。
由此,MCU可以直接控制步进机的转动。
从而达到控制滴速的目的。
(3)无线通信模块
本系统的无线通信模块采用的是NewMsg-RF2401这款无线通信模块。
NewMsg_RF2401B(尺寸:
34mmX17mm板厚:
1mm)
(1)2.4Ghz全球开放ISM频段免许可证使用
(2)最高工作速率1Mbps,高效GFSK调制,抗干扰能力强,特别适合工业控制场合
(3)125频道,满足多点通信和跳频通信需要
(4)内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制
(5)低功耗1.9-3.6V工作,待机模式下状态仅为1uA
(6)内置2.4Ghz天线,体积小巧34mmX17mm
(7)模块可软件设地址,只有收到本机地址时才会输出数据(提供中断指示),可直接接各种单片机使用,软件编程非常方便
(8)内置专门稳压电路,使用各种电源包括DC/DC开关电源均有很好的通信效果
(9)标准DIP间距接口,便于嵌入式应用
电路联接图:
2、服务器接收模块:
服务器接收模块是连接监控端与PC机的桥梁。
它负责接收由监控端传来的无线信号,并将其打包用串口传给PC机。
它的电路连接方式与监控端的无线模块类似。
(二)软件部分
监控端的功能就是实时地检测滴速。
并与用户设定的滴速相比较,如果出现偏差就对其进行校正。
如下是MCU后台流程图。
本系统中,大多数的事件都是由中断信号来触发的。
我们要用到MCU的外部中断、定时器中断。
当出现了外部中断时,中断函数首先对中断事件进行判别。
如果是点滴信号就对滴量进行计数。
如果是上下限中断。
则立即关闭调速器,并向服务器发出紧急信号。
当触发了定时中断时,对时间进行计时。
每满半分钟就将滴数进行打包成传送包通过无线通信模块发给总部。
并计算出滴速,将当前速度与预先设定的速度进行比较。
然后用调速器进行校正。
每满2分钟就对内存中的数据进行一次保存,以备突然性的掉电。
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