智能输液监控系统设计与实现

输液,单片机

第21卷第4期2007年7月山东理工大学学报(自然科学版)

JournalofShandongUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)Vol.21No.4Jul.2007

文章编号:1672-6197(2007)04-0066-03

智能输液监控系统设计与实现

贾少青,李爱华,陈　平

(山东理工大学,摘　要:以MSP430,键盘等组成智

,,通过滤波时间.,系统还实现对多台下位机进行远程监控与管理.关键词:输液;倍频;MSP430;步进电机中图分类号:TP273文献标识码:A

Thedesignandrealizationofintelligenttransfusionmonitorsystem

JIAShao2qing,LIAi2hua,CHENPing

(SchoolofComputerScienceandTechnology,ShandongUniversityofTechnology,Zibo255049,China)

Abstract:WiththeMSP430singlechipasthecoreofcontrol,thissystemcombinedtransfusionsensor,electricapparatus,LCDscreenandkeyboardtorealizeautomaticmonitorfortransfusionprocess.Infraredphotoelectricsensingisadoptedforsignalsensing,ingserialcommunicationbetweensinglechipandcomputerthesystemrealizelong2distancemonitorandmanagetomanysinglechip.Keywords:transfusion;frequencydoubling;MSP430;stepmotor

　　目前,我国的医疗机构进行点滴注射时,大都采用传统的人工监护手动控制的方法,由于医护人员少病人多,容易因监控处理不及时而引发的医疗事故.由此可见对类似于这些治疗过程采用自动化监控和管理势在必行.智能输液监控系统的开发为解决这些问题提供了较为有效的解决方案.系统应用计算机测控技术实现了对输液注射速度的监控,可根据临床需要任意设置输液速度,而且在紧急情况下,可以向总控制台发出报警.监

护人员也可以通过远程通信,监控病人输液的整个过程,对输液速度进行设置,并能及时接收到紧急报警.随着医院管理系统趋向于自动化、网络化,输液注射实时监护将得到广泛的临床应用,具有重要的推广意义的较好的社会、经济效益.

1　系统总体组成结构及硬件设计

系统以MSP430单片机为控制核心,包括红

收稿日期:2006-12-19

作者简介:贾少青(1982-),女,硕士研究生

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输液,单片机

第4期　　　　　　　　　　　　贾少青,等:

智能输液监控系统设计与实现67

外光电式输液传感器、锁相环、液晶显示、按键和步进电机控制等几个部分[1].如图1所示

.

图2　,计算出检

,控制

,通过步进电机驱动

1.1　监控器主机采用TI公司的MSP430系列单片机,它是一种具有SOC特点的超低功耗的混合信号控制器,工作电压低、处理能力强,具有多种工作模式可使器件达到最低的功耗,特别适用于电池供电的测控系统[2].其内部集成的数字控制振荡器可

μs的时间使器件从低功耗模式迅速唤醒,在不到6

内即可激活到工作状态;另外,其内部集成了大量的外围模块和温度传感器,因而极大的减少了外围元件和外部电路,减小了监控器体积,有效提高了系统的可靠性和稳定性.其开发环境方便、高效,开发语言可使用汇编语言或C语言.

监控器的主要任务是:接收设置信息、实时显示当前的检测和处理的数据、接收并处理传感器的信号;通过模糊神经网络计算出调整量,控制步进电机调整输液速度;扫描按键、超限报警、与上位机通信、在线自学习等.1.2　红外光电式输液传感器

的夹持器控制输液管夹紧度,使输液速度达到设定

的滴速.当由于外界原因(如病人活动、药液液面下降等),使滴速发生变化时,红外检测系统立即检测到这种变化,并将变化的信号反馈给MCU,MCU立即启动步进电机系统调节挤紧器,使滴速恢复到设定的速度.实现了以MCU为核心的监控器,根据设定值对整个输液过程进行监测和控制.1.3　锁相环频率合成技术

由于在输液过程中液体的滴速比较低,为了缩短采样时间,在本系统的设计中,采用了锁相环频率合成技术,图3所示,即先对被测信号进行倍频处理,然后再对它进行采样,这样既缩短了采样和调整时间,又保证了采样精度.所使用的锁相环集成电路为CD4046该芯片内部主要由相位比较器(PD),压控振荡器(VCO)等组成,如图3所示

.

本系统对液体点滴速度和液位高度的检测采用红外光电式传感器,红外光电式传感器由水平方向的红外光发射元件和接收检测传感元件组成,使用时将一次性输液器的莫菲氏滴管放置在传感器的检测点上,红外光发射器和红外接收器分别安装在窗口两侧[3].当药液在重力的作用下以自由落体的方式滴下,并通过仪器红外观测窗口时,液滴对红外发射器发出的红外光线产生阻挡作用,红外接受器不能接收到红外光,即红外接收器将检测到这个阻挡信号.为提高系统抗可见光干扰的性能,系统采用调制解调和滤波技术来增强抗干扰能力,电路原理图如图2所示

.

图3　锁相环的组成原理

所谓锁相,就是实现相位同步.其工作过程是

由锁相环内部的相位比较器对两个输入频率信号f1与f2进行相位比较(即比相).若相位不等则将产生一个与二者的相位差Δ<成正比的误差电压

V<(t).将其经低通滤波后所得到的平均电压Vd(t)

作为控制电压,加到压控振荡器VCO的控制端,使其振荡频率f2紧紧跟踪f1,并使二者频率差迅速减小直到Δf=0即f2=f1,此时这两个信号的频率相同,且相位差Δ<保持恒定(即同步),由此便实现了相位锁定.且一旦锁相环被锁定在输入信号频率f1上,则在一定的频率范围内自动跟踪f1的任

输液,单片机

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何变化.如果在VCO到相位比较器的反馈回路中增加一个分频器,则可方便地实现对输入信号f1的N倍频.于是可将输液瓶的滴速信号作为锁相环内部相位比较器的一个输入信号f1,而由锁相环内部的VCO产生的频率信号f2作为锁相环内部相位比较器的另一输入信号,当相位锁定后,有

′′

f1=f2,而f2=f2/N=f1,因此f2=Nf1.1.4　步进电机

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件.当步进驱动器接收到一个脉冲信号,便驱(称为)“步距角”

一步进行的.;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,使电机正传或反转带动夹持器夹紧或放松滴管,从而达到调节滴速的目的.1.5　网络化管理

监控器可以单独使用,也可以结合上位机构成监控网络体系.一个上位机能够同时连接几十甚至几百个监控器,护理人员可通过上位机查看和设定各个监控器的数据信息.遇到紧急情况时,上位机会发出报警,医护人员可以直接在上位机发出信息,命令监控器停止输液.系统采用串口通信来实现上位机与各个监控器间的信息传输,不方便布线的场所可以采用无线传输模块进行无线通信.

图4　主程序流程图

器调整滴速[4].滴速达到要求值后,根据调节前后

的数据,利用BP神经网络的在线自学习功能,调整网络的权值,以提高今后的调节速度.最后,用液晶显示器显示当前的数据,并循环扫描键盘直到下一次中断到来再执行中断操作.

2　程序设计

2.1　主程序设计

3　结束语

采用红外光电式传感器对液体点滴速度进行

检测,以MSP430单片机为控制核心,实时显示输液信息和控制步进电机调整滴速,通过键盘设定控制信息并进行声光报警.采用模糊神经网络计算调整量,驱动步进电机控制挤紧器调整滴速,实现智能控制.经试验其控制精确,运行可靠且系统体积小、成本低、操作简便,具有推广应用价值.参考文献:

[1]白凤娥,常晓明,张新日.基于SOC的输液滴速 …… 此处隐藏：2420字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……