新型无线病床输液智能控制系统*

孙宝铭，孟凡宇，曾凡娜，隋 涛※

（1.沈阳理工大学自动化与电气工程学院，沈阳 110159；2.沈阳理工大学信息科学与工程学院，沈阳 110159）

0 引言

目前各大医院常用的一种新型临床医疗输液手段就是无线静脉输液，由于其静脉输液具有安全、便捷、疗效显著等优点，常被大多数的病患者所采用[1]。但是，针对于患者自身的情况以及其病情的不同，输液的方式也可能会有所差异，有些特殊的患者可能需要对输液滴度进行严格的检查和控制[2]。项目组成员通过对目前国内市场上输液产品的情况进行调研，发现大部分输液的情况都是通过对人工输液进行巡视的，这种方式通过观察来发现异常的情况，这种特殊的输液监护管理方式不但工作效率低，而且工作量很大[3]。患者进行输液的过程中，需要一直有人看护来帮助患者，有时候如果看护不及时，还可能会出现患者血液异常回流等不良的状况。本文为患者设计出一套无线静脉输液智能病床输液监护管理系统，满足了医疗人员和患者的迫切需求[4]。项目组设计的无线智能病床输液监护管理系统通过光电液位传感器对液位进行检测，并且可对点滴滴速实时检测并显示，给予医护人员一个参考，通过无线通信模块进行信息交互，将输液情况通过无线WIFI模块发送到护士站，当输液快要结束时进行声音报警通知护士前来处理。为看护人员提供便利，为患者提供输液安全保障。

1 系统总体设计

系统整体结构流程如图1所示。红外对管传感器采集液滴数据，由于有液滴低落时，发射端发射的红外线穿过液滴引起电信号变化；此信息传到STM32单片机，可以得出单位时间下落液滴数，从而反应输液情况，起到智能监控的作用；通过将实际液滴速度与事先设好的适宜液滴数对比计算[5]，再通过舵机调节输液速度，实现滴速检测与智能控制；输液的情况通过WIFI232无线传输模块传输到护士主站处另一台传输模块与STM32单片机；输液将要结束时通过连接此单片机的蜂鸣器通知护士前往护理。

图1 整体结构图

该设计采用的电动机是伸缩电机，电机的结构和工作运动原理几乎是完全建立在传统的电磁感应欧姆定律、全电路欧姆定律、和电磁力欧姆定律等原理基础上。当磁极沿转子顺时针的方向在导条中旋转，磁极的1条电磁力学导线就会切割转子的导条[6]，导条中就能准确地感应得出电动势。电动势的大小和方向由右手定则的原来公式确定。因为转子的运动方向是相对的，假如转子磁极沿顺时针不动[7]，转子的导条沿逆时针的方向旋转，则导条中同样也有导条能准确地感应得出电动势的方向来。在电动势的相互作用下，闭合的转子导条中就迅速地产生了电流。该电流与带动旋转磁极的磁场相互作用，而使带动转子的导条迅速受到电磁力（安培力），电磁力的运动方向可用物理学中左手定则的公式来确定。由电磁力进而导条产生的电磁转矩，转子就迅速地转动了起来。再通过机械结构是电机轴前后运动。

主控制系统的STM32微处理器使用STM32F767IGT6微处理器[8]，可同时支持对6个输液子系统的监控。输液过程中，实时监控子系统会实时将监测到的状态通过NRF24L01无线通信模块发送给主控制系统；如果输液状态异常（包括一瓶药液输完），主控制系统收到来自子系统发送的异常信号后，会立刻发出报警信号、显示异常状态，并将这个报警信号发送给护士站，提醒护士人员。

2 程序设计

如图2所示，将接收机所需的控制滴速通过接收机的摁键将信号输入控制单片机，由按键输入单片机将控制数字信号转化成接收机的电信号，控制滴速的信号由驱动接收机的电位器通道输出进入电位器信号调制芯片，获得偏置的电压。将调制芯片获得的偏置电压与接收机电位器的电压相进行比较，若两者之间有一定的电压差，则由驱动舵机的控制电机进行驱动信号调制芯片会驱动舵机操控滴液管电机和滑轮进行偏转使得电压的偏差变为0，电机一端停止了转动，电机的另一端则是连接滴液管的电机和滑轮，滑轮随着滴液管电机的转速移动，从而控制滴速达到了调节滴速的主要目的。

图2 程序流程图

通过长期的实验测试计算得出约15滴输液量为1 mL，运用以常数4乘、除的计算方法对输液量进行快速的换算，得出每分钟的输液滴数或每小时的输液量。

3 仿真结果

按下开机按钮后，主控制系统首先检测24L01模块是否正常，模块正常后进入Wi-Fi模块配置。Wi-Fi模块配置成功约3 s后，显示输入护士站上位机接入地址界面。

待地址输入正确后，系统便进入正常工作状态。正常工作时，有3种模式，分别为：待机模式、正常监控模式、报警模式。这3种模式主要的区别是“Received DATA：”部分的内容不相同，且报警模式会有蜂鸣器的蜂鸣报警信号。

界面的最上方显示内容为“欢迎使用智能护士站”；第二行显示基本的操作信息，按下WK_UP键退出本次连接，按下KEY0键发送测试信息到护士站系统；第三行和第四行显示本机IP地址，连接端口，连接的状态，以及Wi-Fi模块的工作模式；第五行显示24L01模块的工作模式；第六行显示“Received DATA：”；第七行显示24L01接收到的数据；接下来依次显示Wi-Fi模块发送数据、接收的数据。待机时最下端显示无线路由器的设置参数。

输液过程正常时，主控制器在第七行“×××Working”意为×××号报警器正常工作。同时，Wi-Fi模块还会向护士站上位机发送×××号正常工作的信号并在“发送数据：”处显示发送内容。

4 结束语

当前医疗输液监控主要靠人为监控，所以不能完成自主的一些选择和操作，不利于系统智能化水平的提高，同样病房区的各种医疗设备普遍没有安装通信单元，不利于与其他设备或者相关系统的交互，也不利于系统的综合性决策。基于以上特点可以得出该嵌入式智能输液病床呼叫监护管理系统完全可以从根本上做到患者的呼叫及时、准确、可靠，操作简单、控制灵活，可有效地改善了患者临床输液的体验，提高医护效率，减少医疗事故发生，值得支持和大力推广。