labview和51单片机的液体滴速控制装置【字数：16205】

labview和51单片机的液体滴速控制装置[160515220402774x]

摘 要传统医疗输液速度控制依靠患者观察和护士经验实现，不但耗费人力，而且输液速度无法准确控制，输液效果不理想。自动化输液监控装置可以克服人工监护的缺点，通过在终端设置期望输液速度，完成医疗输液的自动化监护。自动化输液监控装置由终端和上位机组成。终端以STC89C52RC40I-LQFP44单片机为主控芯片，通过4×4矩阵键盘输入期望滴速，使用ST150型对射型红外传感器采集实际滴速。当实际滴速超出期望滴速允许的误差范围后，使用57BYG250型步进电机调整输液瓶高度来改变输液瓶液体的压强从而达到调整滴速的目的，使用LX-12864L-1型12864显示屏显示病床编号、期望滴速和实际滴速信息，单片机会将以上信息发送到上位机。上位机程序采用LabVIEW设计，由登录程序、选择端口程序和信息显示程序组成，信息显示程序界面显示各个终端的病床编号、期望滴速、实际滴速和报警状态信息。通过软硬件搭建了测试平台，使用自来水、0.9%浓度食盐水溶液、5%浓度糖水溶液进行了测试，结果显示输液瓶经过自动化输液监控装置调整后，实际滴速与期望滴速之间差距不超过5滴/分钟，完全满足设计的任务需求，达到了设计目的。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 研究现状 2
1.3 本项目的研究内容 4
1.4 本章小结 4
2 系统总体方案设计 5
2.1 功能需求分析 5
2.2 总体设计方案 5
2.2.1滴速测量部分方案比较 5
2.2.2液体滴速控制部分方案比较 6
2.2.3 电机的选择 7
2.2.4上位机方案比较 8
2.3 系统结构示意图和整体要求 8
2.4 本章小结 9
3 系统的硬件设计及选型 10
3.1 系统硬件总体设计方案 10
3.2 主控芯片的选型 10
3.3 显示模块的选型 11
3.4 键盘模块设计 12
3.5 滴速测量模块设计 12
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.6 滴速控制模块设计 13
3.7 通信模块设计 15
3.8 本章小结 15
4 下位机的设计与实现 16
4.1 下位机软件总体设计 16
4.2 从站各个模块软件设计 16
4.2.1 主程序模块 16
4.2.2 滴速测量模块 19
4.2.3 通讯模块 21
4.2.4 显示模块 22
4.2.5 简单延时模块 23
4.2.6 步进电机控制模块 24
4.2.7 键盘输入模块 26
4.3 本章小结 27
5 上位机软件设计 28
5.1 上位机软件总体设计 28
5.2上位机各个模块设计 28
5.2.1 登陆程序设计 28
5.2.2 选择端口程序设计 31
5.2.3 信息显示程序设计 32
5.3 本章小结 34
6 系统调试与测试 35
6.1 系统调试 35
6.1.1 上位机登陆程序调试 37
6.1.2 选择端口程序调试 40
6.1.3 下位机初始化功能调试 41
6.1.4 期望滴速设置与显示功能调试 41
6.1.5 实际滴速的测量与显示、报警功能调试 42
6.1.6 输液速度自动化控制功能调试 44
6.2 性能测试 44
6.3 测试结果评价 46
6.4 本章小结 47
7 总结与展望 48
7.1 总结 48
7.2 展望 48
7.3 对环境和社会可持续发展的影响 49
参考文献 50
附 录 52
附录一 元件清单 52
附录二 原理图 53
附录三 下位机程序 54
附录四 上位机程序 66
致 谢 70
1 绪论
1.1 研究背景和意义
静脉输液是一种预防和治疗疾病最常见的医疗方式，历史只有100多年。临床上，对于不同的疾病、药物、患者健康状况，应该使用不同的输液方案。如湖北省卫生厅的《护理技术操作规范》规定：一般成人滴速40～60滴/分钟。儿童及老年人20～40滴/分钟。对心肺功能良好、脱水严重或者因病情需要的患者输液速度可适当加快，并且应按输液计划在一定时间内输入定量液体，对心肺肾功能不良者输液速度宜减慢[1]。目前输液依然依靠患者观察和护士经验实行人工监护。护士根据经验旋转滴速控制夹改变输液速度，如图11所示。这样难以达到期望的输液速度，如果输液过快，会造成中毒和水肿等疾病[2]。如果输液过慢，会无谓的消耗患者宝贵的时间，降低了输液室的使用效率。由于护士无法实时监测每个患者的输液速度，需要患者或患者家属一直看着输液瓶来判断输液速度是否合适。患者或患者家属是想睡不敢睡，想走走不开。对于视力有缺陷的患者，还有可能根本无法看清输液状态。这种监护方式给护士、患者和患者家属带来了很大的烦恼，甚至引起医疗事故。由于目前依靠人工的医疗输液监护方式存在诸多缺点，这些缺点加重了护士、患者和社会的负担，急需进行自动化和信息化改造。
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图11 人工调节输液速度
因此，本文旨在提出一种医疗输液监护系统的自动化和信息化改造方案，设计出一款自动化输液监控装置。装置的信息显示功能免去了医疗人员奔波之苦并且能够让医疗人员更加及时的了解到各个房间的输液状态，装置的输液控制功能可以准确控制滴速。装置可以为各类具有输液需求的医疗场所如卫生室、社区医院、综合医院等降低输液风险，能够为患者节约输液时间，能够提高各类输液场所输液室的利用率，可以在一定程度上减少医疗事故的发生。
1.2 研究现状
近50年来，许多国家的研究员都为改善输液监控方式尝试了多种方法，推动了静脉输液的进步。
（1）机械式输液监控阶段[3]
20世纪80年代，科学家试图使用弹簧的形变来检测液位，原理如下：首先，将输液瓶悬挂在弹簧称上，当输液瓶内药液高度慢慢降低时，弹簧称会不断的产生形变。通过获取输液瓶和药液的重量以及弹簧的形变量，可以了解到输液状态。该方案可行性欠佳，因为不同的药液有不同的密度、使用不同大小的输液瓶装载，无法统一准确度。该阶段方法示意图如图12所示。
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图12 机械式输液监控

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