一种智能型输液监控装置的设计

　　1　系统工作原理

　　系统工作原理如图1所示,输液液滴的速度v可以用v=KAΔpm表达,其中,A为流通截面积,取决于管夹对输液软管夹力引起的软管变形的大小,变形越大,流通截面积越小;Δp为压差,取决于吊瓶悬挂的高度,悬挂的高度越高,压差越大;K为比例系数,取决于液体的粘度等一些流体特性;m为流量特性指数,介于0.5到1之间。本文利用步进电动机控制吊瓶悬挂的高度,从而调整压差Δp控制液滴的速度, 1米8的高度足以实现速度从20~150(滴/min)的调节。通过实验,系统单片机内已经存储了一般情况下液滴速度与吊瓶高度的关系。需要什么样的液滴速度,通过键盘输入,系统调用存储的数据自动控制电机把吊瓶调到相对应的高度,由于个体差异,液滴速度的精确调整取决于滴斗处红外监测系统传来的液滴速度信号,系统把该信号与理论液滴速度对比后,控制吊瓶的升降,达到精确控制的目的。液面的下降和一些其他因素引起的液滴速度的变化,均通过系统的红外监测自动反馈,自动调整。

　　吊瓶液面监测系统,用于检测剩余液体的数量,安放在吊瓶悬挂夹上,调整吊瓶高度时,液面监测系统也跟随移动。当剩余液体达到下限时,系统发出报警信号,提示医护人员进行处理,该报警信号还可通过系统的通讯接口,与其他设备连接。

　　2　系统设计

　　2.1　硬件设计

　　单片机系统的硬件结构如图2所示,由单片机80C51、8155扩展电路、单片机复位和时钟电路、键盘显示电路、数模转换电路、声光报警电路、电机驱动以及红外传感器等电路组成。

　　CPU采用ATMEL公司的80C51单片机。其内部有128B的片内数据存储器和4KB的片内程序存储器,程序存储器的寻址范围为64K字节。由于该系统外部接口较多,需外加8155接口扩展电路, 8155内部既有256字节的静态RAM又有三个I/O口和一个计数器,因此是单片机系统理想的扩展器件。A/D转换器采用AD公司生产的一种低成本、8脚封装的电压频率(V/F)转换器AD654。该芯片的工作电压范围宽,静态功率低,线性误差小,能够满足本系统的要求。

　　电机驱动控制电路应选取电路结构简单、功耗小、元器件价格便宜的方案。同时还要实现电机的正反转、转停的双重控制功能,以使其控制的储液瓶能方便的实现上升、下降。本文选用步进电机作为驱动电机。

　　步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机,可以通过控制脉冲个数来控制位移量,从而达到准确的定位,也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,达到调速的目的。检测系统采用对射式红外传感器实现,该传感器分为投光器和受光器两部分,两者光轴重合在同一直线上。工作时,投光器发出调制光,被受光器接收,变为电信号。当被测体进入检测区时,光被遮挡,受光器无光可受,传感器输出状态改变,这样就可以根据接收到的光强的强弱判断是否有液滴滴下。红外光波长比可见光长,受可见光的影响较小,成本低,电路简单,稳定性好,因此系统采用此方案作为点滴和判断液位是否到达警戒线的检测方案。