单片机的输液监控终端设计(附件)
本设计是基于目前输液过程存在的医疗隐患而设计的一套智能输液监控终端。系统主要由核心控制器、传感器、按键、电源及显示模块组成，通过比较与分析，选择出了各部分的最优方案。系统以STC89C51单片机为核心处理器，通过传感器模块监测输液过程中的液体液位、滴速等参数，并在数码管上显示，然后与预设值进行比较，当超限时系统报警提醒护士及时拔针或换药，避免血液回流。本文对输液监控终端的硬件结构及各组成部分进行了设计及选型，并在Protel DXP中完成了原理图及PCB版的绘制；编写了终端的各模块的功能程序，并在Proteus仿真软件中进行了仿真验证；最后对所设计的输液监控终端进行了软硬件联合调试，调试结果表明，所设计的系统功能全、性能好、成本低，可以提高医院护理和管理的自动化水平。
关键词 STC89C51单片机，输液监控，液滴检测
目 录
1 绪论 1
1．1 研究目的和意义 1
1．2 国内外研究现状和发展趋势 1
1．3 主要工作和研究手段 2
2 硬件电路设计 2
2．1 核心处理器 3
2．2 检测电路设计 4
2．3 按键电路设计 8
2．4 显示电路 8
2．5 报警电路 10
2．6 电源电路 11
3 软件设计 11
3．1 主程序设计 11
3．2 按键处理程序设计 14
3．3 滴速计算程序 19
3．4 数据显示程序 21
3．5 报警程序 25
4 软件仿真调试 25
4．1 仿真系统 25
4．2 软件仿真 26
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
5 软硬件联调 31
结 论 34
致 谢 35
参 考 文 献 36
附录1 原理图 37
附录2 PCB图 38
1 绪论
21世纪以来，国际交流不断的增强和国家支持力度的不断增大，中国医疗器械行业的发展令世界刮目相看。通过查阅相关资料得知，从2000年到2009年，在10年时间之内，中国医疗器械的总量相当于以前的6倍，除了美国和日本，中国已跃居世界第三[1]。输液是常见的治疗方法，在各个医院或者诊所内，随处可见其存在，它已经渐渐成为人们患病后常用的治疗手段之一。输液的安全问题关系着人们的安全健康问题，因此输液监控存在一定的必要性。目前输液检监测的方法大多还是依赖护士的经验来监测的，所以存在输液速度无法把握，拔针不及时等安全问题[2]。本设计采用的STC89C51单片机为核心处理器，通过外围电路对液位，滴速，回血进行检测，当满足报警条件时报警电路发出报警。
1．1 研究目的和意义
静脉输液的原理是利用液体静压和大气压将葡萄糖或者生理盐水等药液由静脉输入到病人体内。其主要特色给药迅速、见效快。但是目前，输液的过程中还存在各种各样的隐患。首先，最让人头痛的是输液速度的问题，新进人员很难对液滴的速度进行很好的把握，容易出现输液速度过快或过慢的问题。其次当家属或陪护人员比较累或者临时有事的情况时，可能会没有注意到输液结束，护士不能及时处理时会造成血液回流的现象，给病人身体健康带来不必要的危害，甚至威胁到生命安全。针对上述存在的问题及现象，需要研究一种功能齐全、安全性高、方便使用的输液监控终端。一方面医护人员不仅能够准确快速控制液滴的速度，另一方面也可以不再需要陪护人员的陪同。这样改善了输液的过程当中浪费人力、时间，效率低下的问题[3]。
1．2 国内外研究现状和发展趋势
针对目前输液过程当中出现的各种各样的问题和安全隐患，而且在输液的过程之中比较耗费人力时间的问题，需要适当改善一下当前的输液状况。在最近的十几年以来，无论是国内的科研专家还是国外的科研专家都在不断研究学习，输液监控终端的设计一直在不停的改善，截止到目前为止已经取得相当不错的成就。输液监控终端的发展主要经过了以下几个阶段：1、机械式输液监控，这种方法是在输液的瓶子上面悬挂一个弹簧秤，在输液的过程中瓶子里面药液会不断减少，弹簧秤会收缩变形，由此计算出剩余液面的当前位置[4]；2、电容式液位监控，电容的不断变化是根据输液过程中液位的不断降低而变化的，通过电容的特性对当前药液的剩余量进行估算[5]；3、电极式输液监控，这种方法是把电极插入到莫非氏管中，由于液滴下落时会受到晃动，晃动之后电极则会产生一定的极性反应，由此计算当前液滴的滴速，然后计算出剩余药液的体积变化[6]；4、光电式输液监控，利用光电传感器，传感器接收到信号后，后续电路进行处理，可以计算出当前的滴速，并可以计算出剩余体积[7]。
经过不断的实验发现，机械式监控误差较大，电容式监控安装后不可改动，电极式监控会污染药液，目前最合适的方法就是光电式输液监控。光电式输液监控具有不污染药液、安全、可靠等多种优点。
1．3 主要工作和研究手段
本课题利用STC89C51单片机作为核心控制器件进行输液监控终端的设计，通过外围电路来实现报警，检测，显示等功能。利用数码管显示电路实时显示输液液滴的滴速，利用红外对管进行液位，滴速，回血的检测。利用蜂鸣器和LED灯构成报警电路。通过这些来完成对输液过程各种突发情况的监控及处理，同时设计外围接口电路实现对终端装置的参数设置及被监测数据的显示。
2 硬件电路设计
本系统的基本功能是以单片机为核心处理器，主要包括传感器模块、按键模块、显示电路模块、报警电路模块、电源模块等部分组成。其硬件结构框图如图2.1所示。
图2.1 硬件结构框图
传感器模块主要包括液滴检测，液位检测和回血检测。液滴检测监测液滴的滴速，液位检测监测液位的高低，回血检测监测是否产生回血。按键模块主要包含3个按键，分为设置键，加按键，减按键。设置键时用来设置报警值上下限，加减按键用来增加或减少报警值上下限大小。显示电路用来显示液滴的实时滴速。报警电路报警情况有下面几种：（1）当液位低于设定值时（2）滴速超过报警值上限或低于报警值下限（3）回血产生时（4）超过10S没有液滴滴下时。电源模块是利用DC电源插座和自锁开关给单片机及其他电路供电。单片机将从传感器模块、按键模块得到的数据信号进行处理，再发送信号到显示电路和报警电路，显示电路显示液滴滴速，报警电路发出声光报警。
2．1 核心处理
本设计中，采用的是STC89C51单片机，其引脚图如图2.2所示。
图2.2 stc89c51引脚图
STC89C51单片机一共有40个引脚，采用双列直插式DIP40进行封装。在引脚的使用上，P1.0口作为回血检测口，P2.0是蜂鸣器口，P2.6、P2.7是数码管的位选口，P3.3是滴速检测口，P3.5是设置键口，P3.6是加按键，P3.7是减按键，P2.5是回血LED报警口，P0口与数码管相连接。在P0口使用过程中，需要添加一个上拉电阻，上拉电阻如图2.2所示。
显示电路主要是用来显示滴速的。液滴滴速显示的主要目的有两个方面：一方面是为了方便护士给病人输液时调节药液的滴速,防止凭护士的个人经验调速不准而造成的医疗隐患，另一方面是为了方便护士巡查时查看病人的输液状态。
当S1按下，先软件防抖，Mode=0、1、2,值为0时是正常测量模式，值为1时是设置报警值上限，值为2时是设置报警值下限。当设置按键S1按下后，先进行按键去抖，在对按键是否按下进行判断，如果确认按键按下则显示字母，关闭监测功能，Mode+1，之后对Mode是否为3进行判断，如果为3，则令Mode=0，同时显示滴速，否则对Mode为几进行判断，如果Mode=1，则设置报警值的上限，并显示出来，如果Mode=2，则设置报警值的下限，并显示出来。相应的流程图如3.3下所示：
1 绪论 1
1．1 研究目的和意义 1
1．2 国内外研究现状和发展趋势 1
1．3 主要工作和研究手段 2
2 硬件电路设计 2
2．1 核心处理器 3
2．2 检测电路设计 4
2．3 按键电路设计 8
2．4 显示电路 8
2．5 报警电路 10
2．6 电源电路 11
3 软件设计 11
3．1 主程序设计 11
3．2 按键处理程序设计 14
3．3 滴速计算程序 19
3．4 数据显示程序 21
3．5 报警程序 25
4 软件仿真调试 25
4．1 仿真系统 25
4．2 软件仿真 26
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
5 软硬件联调 31
结 论 34
致 谢 35
参 考 文 献 36
附录1 原理图 37
附录2 PCB图 38
1 绪论
21世纪以来，国际交流不断的增强和国家支持力度的不断增大，中国医疗器械行业的发展令世界刮目相看。通过查阅相关资料得知，从2000年到2009年，在10年时间之内，中国医疗器械的总量相当于以前的6倍，除了美国和日本，中国已跃居世界第三[1]。输液是常见的治疗方法，在各个医院或者诊所内，随处可见其存在，它已经渐渐成为人们患病后常用的治疗手段之一。输液的安全问题关系着人们的安全健康问题，因此输液监控存在一定的必要性。目前输液检监测的方法大多还是依赖护士的经验来监测的，所以存在输液速度无法把握，拔针不及时等安全问题[2]。本设计采用的STC89C51单片机为核心处理器，通过外围电路对液位，滴速，回血进行检测，当满足报警条件时报警电路发出报警。
1．1 研究目的和意义
静脉输液的原理是利用液体静压和大气压将葡萄糖或者生理盐水等药液由静脉输入到病人体内。其主要特色给药迅速、见效快。但是目前，输液的过程中还存在各种各样的隐患。首先，最让人头痛的是输液速度的问题，新进人员很难对液滴的速度进行很好的把握，容易出现输液速度过快或过慢的问题。其次当家属或陪护人员比较累或者临时有事的情况时，可能会没有注意到输液结束，护士不能及时处理时会造成血液回流的现象，给病人身体健康带来不必要的危害，甚至威胁到生命安全。针对上述存在的问题及现象，需要研究一种功能齐全、安全性高、方便使用的输液监控终端。一方面医护人员不仅能够准确快速控制液滴的速度，另一方面也可以不再需要陪护人员的陪同。这样改善了输液的过程当中浪费人力、时间，效率低下的问题[3]。
1．2 国内外研究现状和发展趋势
针对目前输液过程当中出现的各种各样的问题和安全隐患，而且在输液的过程之中比较耗费人力时间的问题，需要适当改善一下当前的输液状况。在最近的十几年以来，无论是国内的科研专家还是国外的科研专家都在不断研究学习，输液监控终端的设计一直在不停的改善，截止到目前为止已经取得相当不错的成就。输液监控终端的发展主要经过了以下几个阶段：1、机械式输液监控，这种方法是在输液的瓶子上面悬挂一个弹簧秤，在输液的过程中瓶子里面药液会不断减少，弹簧秤会收缩变形，由此计算出剩余液面的当前位置[4]；2、电容式液位监控，电容的不断变化是根据输液过程中液位的不断降低而变化的，通过电容的特性对当前药液的剩余量进行估算[5]；3、电极式输液监控，这种方法是把电极插入到莫非氏管中，由于液滴下落时会受到晃动，晃动之后电极则会产生一定的极性反应，由此计算当前液滴的滴速，然后计算出剩余药液的体积变化[6]；4、光电式输液监控，利用光电传感器，传感器接收到信号后，后续电路进行处理，可以计算出当前的滴速，并可以计算出剩余体积[7]。
经过不断的实验发现，机械式监控误差较大，电容式监控安装后不可改动，电极式监控会污染药液，目前最合适的方法就是光电式输液监控。光电式输液监控具有不污染药液、安全、可靠等多种优点。
1．3 主要工作和研究手段
本课题利用STC89C51单片机作为核心控制器件进行输液监控终端的设计，通过外围电路来实现报警，检测，显示等功能。利用数码管显示电路实时显示输液液滴的滴速，利用红外对管进行液位，滴速，回血的检测。利用蜂鸣器和LED灯构成报警电路。通过这些来完成对输液过程各种突发情况的监控及处理，同时设计外围接口电路实现对终端装置的参数设置及被监测数据的显示。
2 硬件电路设计
本系统的基本功能是以单片机为核心处理器，主要包括传感器模块、按键模块、显示电路模块、报警电路模块、电源模块等部分组成。其硬件结构框图如图2.1所示。
图2.1 硬件结构框图
传感器模块主要包括液滴检测，液位检测和回血检测。液滴检测监测液滴的滴速，液位检测监测液位的高低，回血检测监测是否产生回血。按键模块主要包含3个按键，分为设置键，加按键，减按键。设置键时用来设置报警值上下限，加减按键用来增加或减少报警值上下限大小。显示电路用来显示液滴的实时滴速。报警电路报警情况有下面几种：（1）当液位低于设定值时（2）滴速超过报警值上限或低于报警值下限（3）回血产生时（4）超过10S没有液滴滴下时。电源模块是利用DC电源插座和自锁开关给单片机及其他电路供电。单片机将从传感器模块、按键模块得到的数据信号进行处理，再发送信号到显示电路和报警电路，显示电路显示液滴滴速，报警电路发出声光报警。
2．1 核心处理
本设计中，采用的是STC89C51单片机，其引脚图如图2.2所示。
图2.2 stc89c51引脚图
STC89C51单片机一共有40个引脚，采用双列直插式DIP40进行封装。在引脚的使用上，P1.0口作为回血检测口，P2.0是蜂鸣器口，P2.6、P2.7是数码管的位选口，P3.3是滴速检测口，P3.5是设置键口，P3.6是加按键，P3.7是减按键，P2.5是回血LED报警口，P0口与数码管相连接。在P0口使用过程中，需要添加一个上拉电阻，上拉电阻如图2.2所示。
显示电路主要是用来显示滴速的。液滴滴速显示的主要目的有两个方面：一方面是为了方便护士给病人输液时调节药液的滴速,防止凭护士的个人经验调速不准而造成的医疗隐患，另一方面是为了方便护士巡查时查看病人的输液状态。
当S1按下，先软件防抖，Mode=0、1、2,值为0时是正常测量模式，值为1时是设置报警值上限，值为2时是设置报警值下限。当设置按键S1按下后，先进行按键去抖，在对按键是否按下进行判断，如果确认按键按下则显示字母，关闭监测功能，Mode+1，之后对Mode是否为3进行判断，如果为3，则令Mode=0，同时显示滴速，否则对Mode为几进行判断，如果Mode=1，则设置报警值的上限，并显示出来，如果Mode=2，则设置报警值的下限，并显示出来。相应的流程图如3.3下所示：
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