无人值守的点滴智能监测控制系统

陶小凤 毛春霞 官洲洋 曾盼 徐建

摘 要：研发一种移动智能输液终端及无线网络管理系统，实现对输液过程中气泡、堵塞、漏液以及使用者位置等情况的实时监控。系统以TI芯片作为主控单元，利用步进电机控制滴速，采用RFID技术对点滴瓶进行跟踪，同时通过主从通信（CAN）实时监控，再将系统采集到的信息通过总线传送给CC3200，最后将其传送到云端完成数据显示与自动化控制等功能。

关键词：实时监控;TI芯片;步进电机;RFID 技术;主从通信;CC3200

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2019）10-00-02

0 引 言

随着电子信息技术的迅速发展与应用，医疗设备的发展使静脉点滴逐渐从人工监守转移到自动监控，在静脉点滴过程中使用电子设备进行监测。通过走访医院进行调查，了解到目前传统输液过程中存在诸多不便之处，如输液时滴速异常、管路堵塞、有危险气泡[1]、输液完毕无提示以及家属实时监控无法休息等，为此本文设计了一款多功能智能点滴监测系统。

1 整体设计

本产品采用主从通信（CAN）方式，由CAN总线[2]连接各个子系统。CAN接口由CAN控制器与CAN收发器两部分组成。本设计采用MCP2510作为CAN控制器，主要用于实现物理信令子层与数据链路层，CAN收发器采用TJA1050，是用于与物理传输媒体连接的子层接口。系统总体框图如图1所示。

CAN具有检错机制与错误处理系统，传输距离远、实时性强，即使发送的信息遭到破坏，也可以重新发送，既能为系统的安全运行提供保障，又为医护人员迅速发现病床输液问题并及时解决奠定了基础。

2 硬件设计

本智能医疗输液装置基于STM32开发板设计，从液位与滴速两方面对输液过程进行监测。

2.1 液位监测

液位监测采用XCK-Y25型号非接触式液位传感器，液位传感器[3]（探头）安装于被测容器外壁的上下方（液位的高位与低位），无需与液体直接接触，具有高稳定性、高靈敏度，抗干扰能力强，不受外界电磁干扰等优点。它利用水的感应电容检测是否有液体存在，当液面慢慢升高接近感应器时，液体的寄生电容耦合到静态电容上，使感应器的最终电容值变大，然后将变化的电容信号转换成电信号，计算出该变化量，当超过一定阈值时就认为液位到达感应点，再将数据传输至单片机进行融合处理，最后传送至护士端，使医护人员对药液的剩余量有一定的了解，当输液管顶端没有药液时，蜂鸣器开始报警，红色小灯闪烁，提醒医护人员输液完毕以便更换药液或拔针，避免出现回血等意外。

2.2 滴速监测

滴速监测采用红外对射式光电开关，对滴管里药液的滴速进行监测，通过测量液滴之间的间隔时间来计算每分钟的滴流速[4]。当滴速与设定的初始值不同时，通过步进电机控制输液管的松紧，改变输液管的药液横截面积[5]，使滴速恢复正常，以此达到控制液滴流速的目的。防止由于滴速异常给患者带来不适或引发医疗事故，滴速监测流程如图2所示。

2.3 RFID标签

在每位病人所用的药瓶上贴上RFID标签，通过手机的NFC功能向RFID标签中写入信息，病人可通过手机的NFC读取功能，读取前期写入的信息，降低出错概率;利用RFID技术对点滴瓶进行跟踪，可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据[6]，极大地减少外界对药瓶跟踪带来的干扰，同时也在很大程度上降低了医护人员的工作强度。RFID信息读取流程如图3所示。

3 软件系统

3.1 CC3200

为了实现数据的可靠传输，本设计采用CC3200的TCP套接字，提供面向连接、可靠的字节流服务。客户与服务器建立一个TCP连接后才能传输数据，同时提供超时重传、检验数据、拥塞避免等功能，保证数据能从一端传送至另一端。

传感器网络将检测到的数据通过CC3200模块传送至主控制器，主控制器对采集到的数据进行融合、分析处理得到较为准确的数据，然后传送至控制系统。控制器获取到数据后进行整理、分析和判断，产生两路占空比可调的PWM对系统进行控制：一路PWM用来驱动减速直流电机，实现GPS导航功能;另一路PWM驱动步进电机实现自动调节滴速功能。

3.2 网页显示

系统微处理器的程序开发软件采用德国KEIL 公司的MDK5。全球有超过10万嵌入式开发工程师使用MDK，目前其最新版本为MDK5.14。该版本使用μVision5 IDE集成开发环境，是目前针对ARM处理器，尤其是Cortex M内核处理器的最佳开发工具，μVision IDE从MDK4.7版本开始就加入了代码提示与语法动态检测等功能。

本文系统主要利用Eclipse完成整个Web的后台开发。Eclipse是一个开放源代码的软件开发项目，专注于为高度集成的工具开发提供一个全功能的、具有商业品质的工业平台。Web主要基于硬件返回的数据进行操作，主要目的是反映点滴瓶每时每刻的信息，以实现及时处理输液异常的功能，避免出现管路堵塞、血液回流的状况。软件工作流程如图4所示。

4 结 语

本文产品与医疗系统相互配合，实现了护士站与病床端的一站式管理，非常适合在医院进行推广，可有效减少医疗纠纷，提高医疗服务质量，该系统是输液管理及临床护理模式的一次变革，提升了现代化医院的信息化管理水平。

注：本文通讯作者为徐建。

参 考 文 献

[1]刘晓菲，宋朝晖.智能输液器设计浅析[J].电脑知识与技术，2010，6（5）：1180-1181.

[2]石小波，汪金刚，何为，等.基于CAN总线的医院内部病人输液监护系统[J].计算机应用，2001（z2）：452-456.

[3]宋雪丽，王虎林，万金领.基于单片机系统的液体点滴速度监控装置设计[J].电脑开发与应用，2007，20（5）：43-44.

[4]果莉.点滴监控系统的研究[J].中国科技信息，2005（17）：23.

[5]刘宝明，尹树华，罗珊.点滴智能控制系统的设计与实现[J].电讯技术，2005（6）：177-180.

[6]刘男男，李阳，李亚男.基于RFID的医疗器械智能控制系统设计[J].物联网技术，2015，5（1）：75-77.

[7]段月.多管点滴智能切换系统的设计与实践[J].民营科技，2017（5）：20.

[8]王洋，黄其维.智能输液实时监控系统设计[J].电子技术与软件工程，2017（21）：92.

[9]周晶，任小鸿.输液点滴观察管液面高度控制装置的设计[J].现代制造技术与装备，2018（8）：24.

[10]张英平，张汉强，张金鹏，等.智能液体点滴监控系统的设计[J].吉林师范大学学报（自然科学版），2017，38（3）：69-73.