液体点滴速度自动控制装置设计

摘要：目前，许多医院普通病房患者静脉输液过程中存在输液速度无法人性化监测和调节等问题，设计提出了一套针对不同病人的输液状况进行实时监控并能准确调节液滴速度的装置。该系统在微改变传统输液形式的前提下，以单片机AT89C51为核心，利用红外对管传感器监测液滴每分钟滴数和液位变化，然后控制步进电机来调节液滴瓶的高低来实现对液滴滴速的控制。该设计临床实现比较容易，具有较高的实用价值。

关键词：红外对管 液滴速度 AT89C51 步进电机

0 引言

静脉输液是临床治疗中最常用的，临床上一般根据药物和患者的不同情况来配以合适的输液速度，输液速度过快可能导致中毒等不良反应。常规的临床输液，常用挂瓶输液，依靠眼睛来观察、手动夹具来控制输液速度，这种传统的输液方式并不能精确的控制输液速度，并且工作量大，造成较多的人力资源浪费。本设计就是为了解决上述的人力资源浪费以及输液速度问题而设计的液体点滴速度自动控制装置。

1 自动控制装置硬件设计

1.1 点滴速度测量

采用红外对管来发射和接收点滴信号，采用断续式的工作方式，当液滴滴下时阻挡了红外接收管接收红外线，从而产生一个高电平脉冲信号。红外对管检测液滴原理图如图1.1所示：

由于红外光产生的光信号较弱，其接收管接收的信号更是十分微弱，相当于毫伏级的电压。所以必须经过放大电路将其放大到系统能识别的信号。本设计采用集成运算放大器LM324构成的同向交流放大器。经过放大电路处理后的信号并不标准，单片机并不能直接识别，因此需要使用电压比较器将不标准的脉冲信号转化为标准的脉冲信号，采用集成电压比较器LM339实现。

1.2 液位检测

当点滴液位低于警戒线以下时必须发出声光报警。在这种情况下，关键是如何检测液面高度。检测方法与液滴测量相同，仍然使用红外对管来发射接收液滴信号。根据红外接收管接收的光强度的大小，来确定是否达到警戒线水位。由于红外光通过空气和水的光强不同，因此吸收系数也有不同，当液位高度低于警戒线（离瓶口2-3cm）时，红外对管会接收到信号，即为报警信号，此时蜂鸣器报警。

1.3 速度控制模块

通过利用步进电机和滑轮系统来控制液瓶的高度，可以通过步进电机正反转来调节液瓶的高度，从而达到控制液滴速度。采用28BJY-48型四相八拍步进电机，工作电压为DC5V，步距角为0.9度，θ=360度/（50*8）=0.9度（50为转子齿数），也就是说给电机400个脉冲，电机转一圈。选用ULN2003A来驱动步进电机。

2 自动控制装置软件设计

液位检测程序主要用于检测点滴瓶中的液位高度，一旦液位高度低于警戒线（离瓶口2-3cm）时，系统发出报警信号。如果液位高度高于警戒线，那么系统会照常采集液滴滴速，并将其送入单片机。首先给系统设定一个速度值，随着液滴的落下，红外对管检测到信号后，定时器开始计时，液滴数值加一，同时程序计算出当前液滴滴速，与之前设定的速度值相比较，通过比较来控制步进电机的正反转，最终达到控制点滴瓶高度的目的。

3 装置测试

经多次测试得到下表3-1数据。

从上面的测试结果可以看出，本设计对液滴滴速的测试误差小于3（滴/分），但仍存在一定程度的误差，经分析，主要由以下原因造成：

①由于红外对管对水的检测能力较弱，可能存在对部分液滴滴下时未能识别到，造成计数减少的情况。

②由于点滴瓶中的水一直在减少，可能造成液滴的下落速度不均。

③因为瓶子是在运动中，上升和下降的过程中难免会产生加速度，造成液滴下落的速度不稳定。

④在调试的过程中发现，红外对管在工作过程中很容易受到外界的干扰，针对这种情况，在实际的设计过程中对红外对管进行包裹，并对各个部分用胶布进行固定。

4 结论

本装置设计了一种可以进行点滴速度检测、控制和液位检测的自动化装置，给目前输液使用带来了方便，但仍存在一些需要改进的地方，如：当滴管抖动时，液滴滴速的监测精度就会受到影响，并且将降低装置的稳定性等。这些都需要继续改进和扩展。

参考文献：

[1]周润景，郝晓霞.传感器与检测技术[M].北京：电子工业出版社，2010.

[2]卜云峰.液体点滴速度检测技术[M].北京：机械工业出版社，2005：7-10.

[3]朱建英，张玲玲，韩文军，叶文琴.静脉输液安全管理的方法及效果[J].中华护理杂志，2008（02）.

作者简介：周国栋（1985-），男，壮族，百色市特种设备监督检验所。