基于ATmega128的注射泵系统设计

　　1 引 言

　　目前, 临床医药科学技术的不断发展, 对传统治疗方法提出新的挑战。如在给药方式上, 临床要求越来越高。传统的注射方式———护士使用注射器注射, 以此控制注射剂量和注射速度在许多医护条件下都无法满足实际需要。注射泵可应用于临床麻醉, 血管活性药物、新生儿生理维持量等的持续输注; 该系统也可广泛应用于药理学或神经生物学等实验研究领域中, 通过与微机进行通讯, 使药液以实验规划所设定的速度曲线注射入实验标本, 所得到的实验数据更加准确。注射泵在欧美国家已得到广泛的应用, 其技术已经相对成熟; 在国内则处于发展和推广阶段。目前, 国外有很多公司生产的该类设备享有较高的声誉, 但其价格昂贵; 同类厂家目前在国内还较少。同国外产品相比, 国内产品虽然在产品质量、智能化程度、某些技术参数、产品外观等许多方面要逊色许多, 但价格优势和售后服务是国内企业抢占市场的主要支点。本文阐述了将先进电子技术、计算机技术、传感器技术综合应用于注射泵系统的研究与开发, 使之成为具有数字化、集成化、自动化特点的新型医疗仪器。

　　2 进样原理及系统构成

　　注射泵利用微控制器控制高性能的步进电机, 驱动机械传动机构, 推动注射器, 使其按设定的速率运行, 从而完成注射过程。传动机构包括从输出动力源的电机到末端控制注射器的执行机构之间所有的传动器件, 如图1所示。步进电机通过皮带传动与螺纹丝杠相连, 螺纹丝杠上的滑动块连接注射器推注柄, 实现注射器的推动。系统的其它机构包括外壳、固定传动模块的支架及装载各种传感器的本体结构。该系统除了基本的注射功能外, 还具有下列智能化特点: 自动检测注射器型号; 具有“注射器脱落”、“推空/阻塞”、“电池电量不足”、“预设量完成”、“预设量即将完成”等声光报警功能; 外部电源与充电电池供电的自动选择及充电电池的充电控制、电量显示; 重要参数记忆功能;可单机使用, 或与上位机联机使用, 实现远程控制与监控。上述功能需要相应的硬件与软件配合实现。

　　3 系统硬件设计

　　注射泵主要由以ATmega128单片机为核心的主控模块,步进电机驱动模块, 键盘、LCD显示及声光报警模块, 实时时钟模块, 数据采集及处理模块, 电源模块, 数据通讯模块等部分组成, 其原理如图2所示。

　　3.1 主控模块

　　主控模块由ATmega128单片机组成, 它采用RISC结构,功能强大。由于该单片机I/O口较多, 设计时尽量避免采用扩展地址/数据总线的方式与外设相连, 从而简化了电路板设计; 考虑到该单片机能够直接驱动LED, 将报警用LED直接与单片机相接, 省去了相应驱动器的使用[1]。