基于STC89C52单片机的静脉输液监控系统的设计

方庆山，汪玉

1. 安徽电子信息职业技术学院 实验中心，安徽 蚌埠 233060；2.安徽蚌埠第四人民医院，安徽 蚌埠233010

基于STC89C52单片机的静脉输液监控系统的设计

方庆山1，汪玉2

1. 安徽电子信息职业技术学院 实验中心，安徽 蚌埠 233060；2.安徽蚌埠第四人民医院，安徽 蚌埠233010

针对传统人工输液过程中存在的问题，以STC89C52单片机为核心，设计了一种非接触式的静脉输液监控系统。在保证输液安全与卫生的前提下，实现了液位检测、液温测量与调节、点滴速度控制、远程报警、液晶显示等功能。该系统操作方便，成本低廉，在临床静脉输液中有非常广泛的应用前景。

静脉输液监控系统；静脉输液；STC89C52单片机；输液泵；传感器

0 前言

目前临床静脉输液主要有两种方式。一种是传统的人工方式，其缺点是护士要不断地巡视，同时还必需有人陪护，人力资源占用很大，还有交叉感染的危险；另一种是自动化输液泵，这种方法虽然解决了人力资源占用的问题，但目前市场上的自动输液装置成本均比较高，医院在使用过程中增加了输液成本，这种输液成本最终加到的患者身上，这种输液方式因成本较高的缺点，在实际中很难普及。本文主要介绍一种基于单片机STC89C52的非接触式静脉输液监控系统，在实现智能监控功能的前提下，尽量减小产品成本。同时采用一些常用的传感器实现非接触式监控方式是保证输液卫生的基本要求。

1 系统结构

系统主要由主控制器、监测模块、显示模块、报警模块和滴速与温度控制控制模块组成。系统整体结构示意图如图1所示。

液位监测模块采集输液瓶的液位信息，当液位到达设定的最低处时通过液位报警模块报警，提醒护理人员换水；信息显示模块用于显示液位、滴数和当前温度等信息；滴速控制模块可以根据设定的滴速进行输液速度的控制；液温控制模块可以根据设定的输液温度进行温度调节；按键设置模块用于人工输入各种初始设定值和系统初始化；外部通信接口可以根据实际需要与其它控制系统连接，进行分批式控制与监测。

图1 系统结构示意图

2 硬件设计

2.1 液位监测与报警模块

考虑到系统的医用卫生标准，医用吊瓶中应尽量避免异物进入，所以选择红外非接触探测方法。考虑到吊瓶壁厚度和外直径的影响，增大红外发射功率，通过输液瓶有水和无水时红外接收的信号差异可以达到检测液位的目的。由于液位报警电路只需要在液面下降到红外发射接收通路高度以下时才发出警报，因此传感器部分接收到的信号不需要经过滤波，而只需放大即可。出于尽量减小信号传输损耗的考虑，把初级放大部分电路与传感器一起设计在储液瓶旁边[1]。再设定一个门限电平，使接收信号高于门限电平时给单片机送入一个信号，产生报警信号，液位监测与报警电路框图如图2所示。

图2 液位监测与报警

经实际测量，无论何种的药液成份，有水和无水时的检测信号幅度差异至少有30～40mV，作为本系统只探测最低液位的功能来说，只需实现最低液位报警，当检测到信号差异在25mV以上时，就可以作为产生一报警信号标准。为了避免误测的可能性，在软件设计中可加入重复检测程序模块，经间隔3s的液位检测信息比较，能够比较准确地实现最低液位报警。

2.2 滴速控制模块

滴速控制模块由滴速检测与滴速调节两部分组成，其组成框图如图3所示。

图3 滴速控制模块

为了减小外界环境的影响，红处发射采用调制后发射，根据有液滴和无液滴的红外接收检测信号不同来判断是否有液滴滴下。为使单片机能够正确识别，将红外接收的信号经信号整形电路处理，信号整形电路可采用施密特触发器来实现[2]。单片机根据输入的脉冲进行计数，并将计数结果与设定值进行比较，从而发出驱动信号，经驱动电路ULN2003A后，驱动步进电机正、反转，从而使机械夹夹紧或放松，达到控制滴速的目的。在软件实现中，为了避免干扰信号，采用软件滤波的方法，如果检测到两个脉冲间隔时间很短，即两个脉冲非常靠近的情况，为了计数的准确性，将其中一个脉冲滤除。

2.3 液温控制模块

液温控制模块可以根据事先设定的温度值监测输液的温度，根据实际输液过程中的经验，在保证药性的前提下，适当地给液体加温可以使患者更舒服。由于对液温要求不高，所以在设计中只采用了成本较低的大功率电阻和单总线器件DS18B20来实现[3]。为了监控更准确，使该模块紧贴输液监测口，在液体温度未达到设定值时，让一定大小的电流通过电阻产生一定的热量，用以对液体加温。如果DS18B20测量到温度到达设定值，再通过单片机控制断开电流，停止加热，动态地达到使液温保持恒定的目的。其实现框图如图4所示。

图4 液温控制模块

温度传感器DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具体微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强等优点，可直接将温度转化为串行数字信号送给单片机处理，因而可省去传统的信号放大、A/D转换等外围电路。测量温度范围为-55～+125℃,工作电压范围为3～5.5V。DS18B20的使用，使得本系统的便携温度测量成为可能。

2.4 其它模块

键盘模块主要用于外界初始值的设定及系统复位；显示模块主要用于显示液位、液温、总液滴量、滴速、报警提示等信息；外部通信模块主要根据实际需要可以实现远程有线监控与报警。键盘及显示模块是单片机系统的通用模块，外部通信模块根据实际需要扩展，本系统设计中考虑到低成本没有外加扩展，这里不再详细叙述。

3 软件设计

图5 软件流程图

本系统的软件设计采用C51设计，主要包括：系统初始化、预设定置、主程序运行、异常报警、实时监控反馈控制等功能，软件设计流程图如图5所示[4]。

4 主控系统测试

主控系统利用单片机开发板测试，结果如图6所示，测试结果显示系统功能实现良好。经实际测量验证，系统的液位、滴速和液温等监控功能基本实现。在具体的性能指标测量中，液位报警功能能完全无误实现，滴速测量精度有±5滴/min的误差，液温测量误差在±0.9℃，对于静脉输液的自动控制来说，基本能满足要求。本系统目前在模拟实验阶段，临床的应用还需要硬件系统的优化设计和运行过程中的软件算法调试。

图6 主控系统测试

5 结论

本文主要设计了一种基于STC89C52单片机的智能静脉输液监控系统，具有滴速控制、液温控制、液位监测报警、按键设置与信息显示等功能。非接触性设计是系统设计的基本要求，低成本的设计是系统实际应用可行性的保证。系统具有操作简单，设备轻便等特点，实际使用中，根据需要可以外扩通信模块，实现多机级联监控。

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Design of Intravenous Infusion Monitoring System Based on STC89C52

FANG Qing-Shan1, WANG Yu2
1. Experimental Center, Anhui Vocational College of Electronics & Information Technology, Bengbu Anhui 233060, China; 2. Fourth People's Hospital of Bengbu City, Bengbu Anhui 233010, China

Taking into account of the problems in traditional artificial infusion, we designed a non-contact intravenous infusion monitoring system with the core of STC89C52 single-chip microcomputer. This system is operationally simple low-cost, and has realized functions of liquid level detecting, liquid temperature measurement and ajustment, intravenous drip speed control, remote alarm and liquid crystal display.

intravenous infusion monitoring system; intravenous infusion; stc89c52 single chip microcomputer; infusion pump; sensor

TP277

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.06.012

1674-1633(2011)06-0040-03

2010-12-02

2010-12-20

作者邮箱：Fqs008@163.com