一种实时无线监测恒温语音播报输液装置的设计

【摘 要】本文介绍一种能够显示输液流速、显示流量、停滴提醒、药液恒温控制、GSM实时消息提醒、语音播报预警消息的输液无线监测恒温输液装置的设计。

【关键词】GSM；恒温；无线监测；输液

静脉治疗是起源于19世纪，主要是输药液或输血。现有输液器不利于实时监测，需要投入较大的看护精力。同时，隆冬季节输入身体药液温度低，会给病人手臂带来酸痛麻木感。本设计除了具有显示输液流速[1]、显示流量、停滴提醒、药液恒温控制等功能，还应用了物联网的思想，将多个输液装置联系为一个整体，并且可以不断扩展。将各个终端的数据实时传输到一个中心里，其短距离无线传播采用zigbee技术，随时增加或减少输液装置。对于每个终端也可实时提醒到某个手持设备上（如医护人员手机中）。

1 整体设计

针对现实输液的问题，设计输液恒温监控装置，实时监测LCD显示流速，有预报警、报警、滴速过快语音报警功能，并可通过GSM发送消息提醒医护人员及时远程采取相应措施。温度低时自动为输液加温，加温分加热、保温两部分，保持药液恒温。整体设计如图1所示：

图1

2 输液流速、显示流量、停滴提醒的设计

输液的点滴记数是由红外对管采集信号，经电桥电路和比较器处理，将脉冲送到单片机，实现对输液的实时监测，用LCD显示出来，且能对不同必要情况报警。

信号采集由红外发射――接收管，电桥电路和比较器构成。当液滴经过瞬间红外发射管和接收管之间时，虽然液滴透明，但是由于液滴形状和表面反射的原因，液滴将发射管发射的红外光线散射开去，导致接收管收到的红外光减少很明显，接收管的电阻增大，转换成电桥的电压信号输入到比较器中。再给比较器一个参考电压，比较器输出规整的脉冲波形。

流速的计算是本设计的核心内容。取两次脉冲之间的时间，即两次液滴之间的时间，相当于单个液滴滴落的周期T，再用1分钟除以这时周期T，达到计算流速V的目的，单位为滴/分钟，即D/M 。简单公式可简写为：

V=■

将外部中断与定时器中断结合起来使用，外部中断高优先级，定时器中断低优先级，就获得了上面所说的数据T，把它送到一个存储空间，再用运算器调出计算。

对流量[2]的计算，则是在每次计算的流速后，根据点滴每一滴的体积v大致相同，在对很小时间T1的中断下，求的流速对时间的积分，可得到流量的值，当然这里会有一点一点误差，但是对于药物的大致判断还是够用的。因为只要提醒医护人员和患者药物即将完毕，所以精度足够。在后在点滴结束时因为速度会为零所以程序里也有相应保护措施。

直流+5V电源为，为语音模块、MCU单片机、LM339N比较器、电桥电路、LCD显示屏等提供稳定的工作电压和电流；GSM无线模块用9V直流供电。显示部分，显示屏共两行，每行16个字符。第一行：Monitoring：XXX mL。意思是：监测，已经滴了多少毫升，即药液已流的流量。第二行：V XXX D/M 。V 是Velocity代表流速 ，D是Drops代表滴数，M是Minute代表分钟。所以，LCD可以显示流速和已流量，这个功能可以为医护人员提供很多方便。报警电路主要用到的是蜂鸣器和三极管，三极管是PNP的S9012，驱动效果明显，声音响亮。预报警和报警的硬件电路是同一个，用软件区分，响声连续或间断，频率不同。同时附带语音播报，实现人性化，功能化。

软件设计：定时时间=（216-计数初值）*晶振周期*d。若规定单次定时时间为t=50ms，初值为15536，十六进制为3CB0。两次外部中断之间定时器中断的次数为x，则计算公式为：

V=■D/M

LCD显示。液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。

其结构图如图2：

图2

3 药液恒温控制的设计

我们采用数字温度加上MCU微处理器控制。恒温部分主要有加热和保温两个工作状态。当温度低于26℃时，是加热功能；当温度在26～30℃时，是保温功能；当温度高于30℃时，该装置的加热丝停止工作，不加热，也不保温。其中温度的采集由数字温度传感器DS18B20来采集。其传感器的位置在加热装置的内部缺口处。

其中数字温度传感器DS18B20是以9 位数字量的形式反映器件的温度值。 DS18B20 通过一个单线接口发送或接收信息，因此在中央微处理器和DS18B20 之间仅需一条连接线（加上地线）。用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。 因为每个DS18B20 都有一个独特的片序列号，所以多只DS18B20 可以同时连在一根单线总线上，这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方。这一特性在HVAC 环境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及过程监测和控制等方面非常有用。

这样，本加温装置便有两个工作状态，即加热和保温，保温的原理是软件根据度数来控制。当温度低于26℃时，是加热功能；当温度在26～30℃时，是保温功能；当温度高于30℃时，该装置的加热丝停止工作，不加热，也不保温。

对于药物的检测部分由信号采集、信号的转换与处理电路、MCU微处理器、显示电路和报警装置组成。红外对管采集信号经转换与整形后，作为输入信号送到MCU微处理器，MCU处理后，由显示电路和报警装置输出。显示器显示相应数据，报警装置对相应情况发出提醒声音。同时语音部分反馈给使用者。

4 GSM实时消息提醒等设计

使用飞思卡尔FRDM-KL25Z做输液装置的核心主力单元。设计使用keil4或者iar编译。设计中一共用了三个任务，一个是采集温度并控制温度，一个是串口处理任务，主要处理GPRS模块的消息，如任务指令等，剩下的一个是TSS的触摸模块使用。 除了以上的任务，系统中还用到了外部中断，采集点滴速率。其中在串口模块中使用三个串口一个是调试使用，一个GPRS，还有一个就是语音。用到了串行的液晶显示屏12864.背景灯和三色灯都使用TSI控制改变PWM调制。

【参考文献】

[1]王叶斌，陈邵有.微流量计量方法研究[J].测试技术学报，2011（01）.

[2]肖红.医用输液泵的输液质量控制[J].计量与测试技术，2009（03）.