基于单片机的静滴速度自动控制系统设计

    0 引言

    静脉输液是临床医学中一个重要的治疗手段，根据不同病人的病情和体质的差异，需要不同的输液速度及流量。目前各大医院对于静滴输液速度的控制普遍采用人工方式，由护士根据经验来调节点滴速度^［1］。因此设计一种非接触式全自动的静滴检测和报警控制装置，时刻检测液体的滴速，并且在药液滴完后能够自动的切断液体进行本地和远程报警，以通知医护人员及时更换液体，对提高现代医疗服务系统的效率和质量都有着非常重要的意义^［2］。

    1 系统硬件组成

    系统综合运用了单片机技术、光电传感技术、自动控制技术以及数字量显示技术，并以单片机为核心，实现液体点滴速度的自动监测和控制功能。系统以光电传感器及键盘为数据采集及数据输入电路，以数码管、声光报警电路及步进电机为输出电路。通过对液滴实施光电检查，可以准确的检测到点滴的实时速度，由单片机进行处理，如果滴速超过或低于预先所设定的流量和速度，单片机则会发出信号给终端控制器，由终端控制器来实施报警功能，并在 LCD 显示器上显示当前的静滴实时速度。该系统的硬件组成框图如图1 所示。

    如图 1 所示。光电传感器电路装置包括光电传感器及光电耦合器电路，是系统的液面检测模块，光电传感器利用光电元件检测输液瓶中液体的位置，并通过光电耦合方法检测管道中是否有液体流动;步进电机电路包括步进电机驱动器及三相步进电机，用以控制滴管的收缩，进而控制输液瓶中点滴的速度和流量; 单片机系统主要完成对点滴速度数据的处理、显示和控制功能; 报警装置包括三极管驱动和蜂鸣器电路，主要实现当静滴速度超限或低于正常值时系统的报警功能。

    2 步进电机控制电路设计

    2． 1 步进电机静滴速度检测电路设计

    利用光电传感器实时检测输液管是否有药液流动，而利用步进电机检测和控制静滴流动的速度。步进电机是将电脉冲信号转换为角位移或线位移的一种特殊的电动机。当步进电机驱动电路接收到一个电脉冲信号时，它就驱动电机按特定的方向转动一个固定的角度，从而带动滴管的收缩，控制点滴的速度和流量。

    如图 2 所示，电路利用步进电机的转速实时检测静滴的速度，为步进电机直接控制输液瓶静滴的速度提供保障。在电机上安装一个连杆，连杆的一头接 S1 开关，每当步进电机旋转一周，S1 开关即闭合一次，通过 555 振荡电路产生一个实时的脉冲信号，将该脉冲信号通过单片机的 P3． 2( 外部中断) 引脚送给单片机，由单片机实时采集该脉冲信号的速度，在单位时间内观察计数值即可得到电机的转速，从而检测静滴流动的速度。