基于AT89C51静脉输液监测系统Word文档格式.docx

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监测;

报警；

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MonitoringsystemforveininfusionwithAT89C51

Abstract：

Now,theintravenousinfusionisusedcommonlyastransfusionmethodsinhospital,mostoftheinfusionspeediscontroledbyhealth-careworkers,andthetemperatureoftheinfusionliquiddependsonthetemperatureoftheenvironment.Thehealth-careworkersshouldinspectregularlytodeterminewhethertheinfusionisover.Theresultisthattheeffectoftheinfusionisnotsatisfied,thepatientssuffers,andtheresultevencausedmedicalaccidentinsomecase.Sothemedicalinfusionalarm,heater,monitorbornsinthiscontext.

Basedonthesummingupandlearningfromtheresearchresultsachievedbythescholarsathomeandabroad,withtheacturalrequirementsofsubject,ainfusionmonitoringandcontrolsysytemisdesignedafterthediscussionofeveryimplementation.Thesystemisbasedonthesingle-chip,usedphotoelectricitydetectiontechnologyandmotorcontroltechnologytorealizethefunction.Abigcurrentcontrolisalsosolvedinthissubject.Inordertorealizethefuctionsofeachmodule,severalmechanicalimplementationaredesignedtoassurethesignalacquisitionofthesystem,sothestabilityandthewholesystemperformanceareenhanced,andtheautomaticmonitoringoftemperature,speed,alarminthewholeprocessareachievedfinally.Thesystemcanbeimprovedappropriatedtobeusedinthefieldofbloodinfusionandthiswillhaveabroadapplicatinprospect.

Keywords:

Intravenousinfusion;

controlling;

Alarm;

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1课题研究的意义

1.1本课题国内外科技创新发展概况和最新发展趋势

目前国内大多数医院中所使用的静脉输液器，大都采用悬挂方式，即依靠重力原理进行输液，并且整个输液过程中医护人员必须不定时地进行巡视，浪费了人力资源。

在医疗高峰期，还会出现输液结束，而医护人员没有及时发现未进行处理的情况，这种状况会造成不同程度的医疗事故，给病人和医院双方带来了不必要的麻烦。

低温输液反应也是困扰医护人员多年的难题。

天气寒冷，对于高龄特别是伴冠心病、高血压、脑更死患者、输入的较冷液体刺激血管，引起血管痉挛而出现寒颤、体温升高、血压升高者时有发生。

由于液体温度低于体温，药液进入静脉后，使病人肢体极易出现冰冷、酸胀麻痛等不适的感觉，甚至发生血管痉挛、寒颤、胸闷、气促等多种症状，尤其是术后病人、婴儿、老年病人、发烧病人，低温大容量输液常造成体温下降；

而低体温可导致许多并发症的发生，如凝血技能障碍，伤口愈合缓慢，住院时间延长，药物代谢速度降低等，这些给患者带来很大痛苦，严重的甚至危及生命，应引起临床重视。

过去，医护人员和家属大都采取在进针部位热敷的方法补偿，使药液温度忽高忽低，对药性的稳定性和疗效有一定的负面影响，而且使用极其不方便。

另外，输液速度也是输液过程中一个重要参数，输液速度应根据病情、输液总量、输液目的和药物性质等情况确定。

概括起来，可分以下几类情况：

第一类情况是一般速度：

补充每日正常生理消耗量的输液以及为了输入某些液物（如抗菌素、激素、维生素、止血液、治疗肝脏疾病的辅助药等）时，一般每分钟5ml左右。

通常所说的输液速度每分钟60～80滴，就是指这类情况。

第二类情况是快速：

严重脱水病人，如心肺功能良好，一般应以每分钟10ml左右的速度进行补救，全日总输量宜在6～8小时完成，以便输液完毕后病人得以休息。

血容量严重不足的休克病人，抢救开始1～2小时内的输液速度每分钟应在15ml以上。

因为，倘若在2小时内输入2000ml液体，就可使一个休克病人迅速好转的话，若慢速输入，使2000ml液体在24小时内缓缓滴入，则对休克无济于事。

急性肾功能衰竭进行试探性补救时，常给10%葡萄糖溶解500ml，以每分钟15～25ml速度输入。

慢速：

颅脑、心肺疾患者及老年人输液均宜以缓慢的速度滴入。

缓慢输液的速度一般要求每分钟在2～4ml以下，有些甚至需要在1ml以下。

鉴于上述三个主要原因，设计和开发一种智能医用输液报警、加热、滴速控制系统，对输液结束进行及时报警，在输液过程中保持药液温度在人体温度范围内，以及控制输液过程的滴速是切实可行的，而且这个系统的应用能有效的消除药液与体温之间过大的差异，能将药液的温度迅速增至适宜人体的温度，提高药效，有助于减轻医护人员工作，提高安全性和工作效率，以及护理水平。

国内外研究状况和发展趋势,在国外，电子在医疗方面的应用起步很早，并且经过实际的临床使用、证明，得到逐步推广，形成医疗器械的智能化，美国、日本等一些发达国家走在世界的前列。

较早的电子医疗器械强调高、精、尖，都是大型器械，而且投资巨大，使用的广泛性受到限制。

经过十几年的发展，一些智能医疗器械逐步向小型化靠拢。

其中应用于静脉输液的报警器、恒温加热装置应运而生，这不但减小了医疗事故的发生，也提高了医疗工作的效率。

例如美国的V520全自动输液报警器等。

我国在这方面的起步较晚，现今我们所使用的产品都是进口的，价格比较昂贵。

国内所有正在研制厂家的产品也很不理想，且成本较高。

如北京东方美源科技有限公司生产的输液监控仪都是单机版，价位却在几千元。

桂林市汇科医疗器械有限公司的HK-A1型医用输液监控器，西安丰唐光电科技有限公司的输液报警器等均普遍存在调整时间长，精度不够，功能不够齐全，价格较高等方面的弊端。

泉州市解放军第180医院利用杠杆原理设计的输液报警器，在输液的过程中随着液瓶重量的减轻，在弹簧力的作用下，磁铁逐渐向干弹簧管靠近，当减轻到一定重量时，磁铁和干簧管对齐，电路接通，蜂鸣器报警。

武警天津总队医院利用液体导电性设计了输液报警器，此报警器由一个输液针头、一个外面包有一段绝缘材料的进气针头构成，上述两个针头作为两个接点，通过两根导线与一个报警电路相连接。

输液开始时，瓶内装满液体，由于液体导电性，通过两个针头，电路连通，液面逐渐下降，至进气针头针尖以下位置时，电路断开，扬声器发出报警信号。

输液恒温加热器大都采用对输液管的加热方式，温度可调或可设定，使进入人体的药液温度控制在一定范围，适合人体特征及药理作用。

输液滴速显示器是利用红外光电检测原理检测滴速的。

检测器的工作是把非电量的液滴信号通过红外光电检测电路转化为电信号,再由单片机处理为当前滴速值并加以显示。

当检测器的光电槽口卡住墨非式管后,即可将液滴间隔换算成滴速显示出来。

我国有12亿多人口，每年输液组数最保守估计在6亿瓶以上，每组输液需陪护平均为1人，因陪护误工起码在1.5h以上，则每年保守估计因陪护消耗人工9亿人以上。

还有因陪护误工对企业事业单位造成的间接损失。

可见降低陪护强度、减少陪护人数对促进经济发展有着积极意义。

不仅如此，我国人口正在老龄化，一对夫妇一个孩，不久将来就会出现一对夫妇赡养四位老人和抚育一个孩子的局面，家庭护理工作将面临更严峻的形势。

同时对加快经济发展也是一个负担。

无论是目前的现状，还是展望未来，研制这样一套数据传输可靠性高，成本低的静脉输液监测系统，实现输液护理工作的自动化、智能化。

对提高医院的医疗效率和质量；

降低护理强度；

减少护理人数；

防止传染病交叉感染、减少杜绝医疗事故的发生，促进国家经济建设提高社会效益

1.2本课题研究的目的、意义

静脉输液是医疗护理专业的一项常用给药治疗技术。

根据患者病情的不同,使用的药物及所需要的滴注速度也不同。

为改变输液时仅凭护理人员不断地查看滴速是否异常、输液是否完毕然后手动调节的原始方法,已经研制出各种型号的输液泵,但目前在医院中使用的静脉输液泵价格均较昂贵,一般在1至2万元之间,所以在医院中大多只用于危重病人的监护输液,而普通病人的静脉输液多数仍采用手动方式、人工看护。

为了改变这种状况,使普通病人的静脉输液也能自动得到监视和报警,减轻医护人员的负担,保证输液的精确性、安全性,并且便于集中管理,我们研制了这种低价格的静脉输液监测系统。

防止传染病交叉感染、减少杜绝医疗事故的发生，促进国家经济建设提高社会效益都有着积极的。

参考文献

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20-22.

2课题研究内容

2.1具体研究开发内容和要重点解决的关键技术问题

静脉输液监测仪,直接用于每个病人的静脉输液监测报警,管夹用于检测液滴信号。

报警器,可接受10台静脉输液监测仪的报警信息,任1台仪器发出报警,报警器就发出声光报警,其相应编号的灯会发亮。

一般报警器是置于护士值班室,监测仪置于病房,之间用信号线连接。

其主要内容如下：

人工设定滴速、输液总量、预警时间等参数;

实时显示输液滴速;

实时查看设定滴速、设定总量和当前滴速、已输液量、标准滴数;

输液异常报警、输液将完预警;

测试端报警可取消（报警端报警不能人为取消）;

输液过程中可以重新设定滴速、输液总量、预警量;

可以设定标准滴数。

静脉输液监测系统一方面在病房要采集病人点滴瓶的液位信息，输液结束时进行本地报警，引起病人及病人家属的注意，另一方面护士在工作站实时观察病人输液状态，得到报警信号后做到及时处理，实现静脉输液远程监测。

为此，本次设计将静脉输液监测系统按功能划分为两部分电路，一部分电路安设在病房中，称之为病房输液信息采集器，采集病人的液位信息。

另一部分电路放置在护士站，由值班护士进行监控，接受采集器上传的数据和输液结束报警，这部分电路在下文中称为监测控制中心。

输液监测控制中心和病房输液信息采集器之间是用低压电力线实现的物理连接。

病房输液信息采集器把输液状况信息，通过低压电力载波调制解调器调制后传送到电力线上，然后输液监测控制中心通过电力线接收，再由控制中心的低压电力载波调制解调器解调，进而作为报警和显示的原始数据。

采集器结构由主控制器、ITS00D、输液采样电路、模拟输入通道、模拟输出通道、电力线路耦合电路、电源等七大模块组成。

AT89C52芯片是专门针对低压电力网设计的调制解调器，它采用了DCSK调制技术，发送时采用3个频点“三箭齐发”的调制模式，即将要传输的信息承载在3个载波信号上，由3个频道同时将有用信息发射到电力线信道中；

接收时按3取2的原则，选择正确信号，然后进行解调，恢复出传输的信息。

由于ITS00D是被动工作的芯片，即只有在接到命令时才能工作，因此采集器中必须有一个CPU对其发送命令，设计中选用了AT89S52单片机作为主控制器。

工作时，主控制器先将命令和数据翻译过来提供给用户使用，并提供上层的通信协议。

IT800D芯片提供低级数据链路层和物理层的网络服务，以完成在电力线载体上数据的发送与接收。

模拟前端处于IT800D和物理网络之间，是连接设备到物理网络（电力线）的中介，模拟输出通道由输出滤波电路、前级放大电路、功率放大电路三部分组成；

输入滤波电路、片内预放大器、信道滤波电路、片内模数转换器组成了模拟输入通道。

由于IT800D的IOUT、IOUT引脚输出的DCSK信号，不但幅度小、驱动能力弱，而且含有高次谐波，为了在电力线上保证按照FCC规则进行引导发射，需要由输出滤波电路对IT800D芯片输出的DCSK信号去除失真的谐波能量滤波后的信号再经过前级放大器进行电压幅值放大，功率放大器进行能量放大之后，最后到达电力线。

对于输入通道，因为低压电力线信道衰减严重，干扰不可预测，4J，致使DCSK调制信号经过电力线传输后，信号能量可能损失很大且混入了许多的干扰信号。

如果此时将其直接送给IT800D芯片，IT800D芯片将不能识别出有用信息，造成低压电力载波通信失败。

为了解决这一问题，DCSK调制信号经电力线耦合电路耦合后，要由模拟输入通道对其进行放大与滤波。

一般来说，要把载波信号耦合到电力线上，在电力线载波收发器与电力线之间需要一个耦合器。

耦合器在电路中主要有3个作用：

内部的高频耦合线圈实现强电侧和弱电侧的物理分离；

内部的高通滤波器保证导通高频信号而阻断电网工频；

实现阻抗匹配。

系统采用的带有高通效果的耦合电路。

采集器需要四路外部直流电源。

+5V直流电源，为单片机及其外围电路提供工作电压；

4-12V直流电源，为模拟输出通道功率放大器提供电源；

+3．3v为直流电源用于ITS00D芯片。

设计中直流稳压电源电路的核心器件选用的是价格较便宜的78X系列三端集成稳压器。

由于目前市场上的输液泵型号很多，这里我以北京在华科技有限公司生产的SP-750号输液泵与本课题产品的技术性能比较。

SP-750号输液泵，输液精度为±

5%，输液速度为1-699ml/h，输液总量预置范围为1ml-9999ml，输液器规格为一次性PVC输液器，显示为LCD液晶显示屏,128×

64点阵，语言为中英文两种语言，报警方式运行等红色闪烁、喇叭鸣响、显示屏上文字提示，电池类型Ni-MH（可充电）电池8×

1．2V 

1200mA（标配）输液速度为125ml/h时，新电池充满后可连续工作2小时1800mA（选配）输液速度为125ml/h时，新电池充满后可连续工作3小时，电源为交流220V,50Hz，输入功率为25VA，操作环境a）.环境温度：

5℃～40℃；

b）.相对湿度：

≤70%；

c）.大气压力：

86kPa～106kPa。

2.2课题的特色和创新之处

本文介绍一种新型高性能价格比的静脉输液监测系统,系由静脉输液监测仪和多路报警器组成。

本系统用于对静脉输液进行全程监测及本地和远端报警,能减低医护人员的劳动强度,保证输液的精确性、可靠性,提高患者静脉输液的安全性,适用于各级医疗单位。

SP-750输液泵特点：

输液泵采用LCD128×

64大液晶屏幕，中英文双语转换，贴合中国人的设计，可以符合更多人的使用要求；

输液泵采用特的设计功能，除了可通用大部分输液器外，可在输液泵中可存储三种品牌的输液器参数，保证输液的更加精确性；

输液泵可通用于管径在3.5-4.5毫米之间的输液器；

SP-750输液泵的构架外部乃至内部，采用的80%为有色金属，和普通输液泵相比，抗老化性和抗摔性都有很大的优势，用高精密的CNC机械加工而成，相对于一般的铝使用模具压铸出来的精密度更高；

输液泵独有内置帮助菜单，在系统出现问题报警的时候，用户如果此时不知道该如何解决出现的问题，可通过帮助菜单寻求帮助；

输液中可显示输液速度、已输入量、剩余输液时间输液泵在运行过程中，可显示输液速度、已输入量、剩余输液时间，方便护士合理安排时间；

泵具备快排功能，在输液开始时使用快排功能可以快速将输液器中的空气排出输液器。

静脉输液监测系统利用89C52单片机这是一种性能价格比较便宜单片机，指令系统和引脚与MCS一51系列100％兼容。

片内集成有4kB可编程闪烁存储器，采用电擦除，可重复编程。

光电检测液滴信号的采集技术利用红外光电检测对管实现。

这是一种常用的光电传感器，光电检测器送来的液滴信号为高电平，而无液滴下落时，为低电平。

此信号送入单片机进行检测。

存储芯片AT24C02，是高性能价格比的串行电可撩除只读存储器，在本仪器中用于保存标准滴数，如果需要还可以保存以前输液的参数。

驱动电路和液晶显示从本产品的功耗、耐用性和显示的美观角度出发，采用了液晶显示器。

根据本仪器的显示数据位数需要，选用了四位液晶显示器ED5616A，用ICM7211AMPL作为液晶驱动器，用以产生显示驱动的脉冲信号，能与CPU直接接口。

按键的设置使本仪器便于进行人机对话。

电源采用国产的AC／DC新型电源产品HAS15—5一WES，它可直接输入交流220V电压，输出直流5V电压，输出电流为300mA。

可极大地减小产品体积。

本系统主要特点是可以方便地修改标准滴数的数值,这主要是针对目前墨菲氏管不统一、不规范的情况而增加的功能,使医护人员可根据所购墨菲氏管的情况重新设定标准滴数的数值,以保证输液将完时能准确报警。

现在研制出各种型号的输液泵,但目前在医院中使用的静脉输液泵价格均较昂贵。

输液泵是一种能够准确控制输液滴数或输液流速，保证药物能够速度均匀，药量准确并且安全地进入病人体内发挥作用的一种仪器。

同时，输液泵还能提高临床给药操作的效率和灵活性，降低护理工作量。

输液泵通常是机械或电子的控制装置，它通过作用于输液导管达到控制输液速度的目的。

常用于需要严格控制输液量和药量的情况，如在应用升压药物，抗心律失常药药物，婴幼儿静脉输液或静脉麻醉时。

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［4］张华林，明达，无线呼叫系统的设计[J]，国外电子元器件，2006（8）

3课题产品市场概况

3.1课题产品市场概况及需求情况：

简要介绍课题产品国内外市场容量，发展状况，未来发展趋势

世界上许多国家都在推广静脉输液监测系统。

静脉输液监测系统采用悬挂方式，即依靠重力原理进行输液，并且整个输液过程中医护人员不需要不定时地进行巡视，节约了人力资源。

在医疗高峰期，不会出现输液结束，而医护人员没有及时发现未进行处理的情况，这种状况减少了不同程度的医疗事故，给病人和医院双方消除了不必要的麻烦。

静脉输液监测系统在欧美及东南亚地区已经非常普及了。

具有关资料显示，美国静脉输液监测系统销售额每年高达35多亿美元，而日本则年产静脉输液监测系统158万台，两国的静脉输液监测系统的普及率都已达70%以上，且市场发展潜力巨大。

中国是一个人口大国，随着经济的高速发展，人们的看病消费观念的转变，“绿色、生态、环保。

”新的健康理念成了人们对美好生活的向往和追求。

静脉输液监测系统成了今后输液的必须用品，蕴藏着无限的商机。

在北京、上海、广州和深圳等一些大中型城市，静脉输液监测系统正快速走进一些医院。

目前，对静脉输液液位进行自动监测、输液终了进行报警的方法有：

输液泵、输液自动报警器、通过网络实现静脉输液监测等]。

国外对智能型输液泵的研制较早，如日本、美国和德国等国家上世纪80年代末就进行了输液泵的研制。

现在布场上流行的大多是国外产品，类型样，性能较好，如日本JMS株式会社的OT一601型输液泵（控制精度为10％）和SP一500型注射泵，美国IMED公司GeminiPC—ZTX型输液泵可实现四路控制，还有德国贝朗公司的Muhifuse型、PerfusorCompact型（控制精度可达到2％）、Infu,somatP型和InfusomatifnS型，型号众多，以色列也有相应的产品。

国内对输液泵的研制起步较晚，大都在90年代中期开始研究，市场上也有一些国产输液泵，如北京某有限责任公司的某系列产品。

不过总体说来，种类较少，性能也需改进。

输液监测控制中心由监测中心（一台PC机）、主控制器、ITS00D芯片、模拟前端、电力线路耦合电路、电源等六部分组成。

输液监测控制中心由监测中心（一台PC机）、主控制器、IT800D芯片、模拟输入通道、模拟输出通道、电力线路耦合电路、电源等七部分组成。

其中，Pc机有两个用途，其一用来为医护人员提供一个监视输液、查询的操作界面，其二接受控制器发来的数据，对PC机的配置要求不高。

现阶段市面上主流的PC机都能满足需要。

主控制器不但

要实现与ITS00D通讯，而且还要完成与PC机通讯，需要两个串口，因此选择了双串口的W77E58单片机。

其他电路与病房输液信息采集器的设计方案大致相同，这里不再重复。

系统软件设计分两部分，第一部分是病房输液信息采集器的软件设计，包括主程序、中断服务程序、接收与发送子程序、IT800D芯片初始化设置等模块。

第二部分是输液监测控制中心软件，由Pc机和W77E58单片机软件两部分组成。

其中单片机软件部分是采用汇编语言编写的，Pc机软件部分是用VB编写的。

采集器的主程序主要完成对单片机的初始化操作，调用IT800D芯片初始化程序，循环读报警结束开关状态以决定是否结束报警；

TO的中