智能化输液控制系统的设计与实现方法

龙源期刊网智能化输液控制系统的设计与实现方法作者：龙宇翔来源：《中国新技术新产品》2013年第01期摘要：本文对输液监控智能系统进行较全面的研究，主要分软件、硬件两部分内容，并详细说明了系统的实现方法。上位机使用了VisualC++编程语言，主要创建一个可视化、人机对话界面，使操作更加方便。用户可以通过屏幕监视目标滴速、实际的滴速、剩余量的液体及报警等信息。下位机设计了具有CAN总线转换器、接口LCD数据显示、滴速设置键盘、电机控制、液滴红外探测、输液报警等功能的终端监控系统。关键词：输液监控；VisualC++；CAN总线；电路设计中图分类号：02文献标识码：A在20世纪90年代初，人们就开始研究输液监控技术，并取得了多项专利发明和研究成果。在输液控制系统领域，他们开发的系统主要特点是通过使用单片机作为控制核心，集中监控输液患者的输液状态，其主要功能有：键盘输入预先设定的液量数字，系统可以分时显示每个病人的输液过程中状态（滴速太慢，太快，滴完，无滴），如果出现异常，系统能自动报警，系统可以显示在输液过程中输液时间、剩余的液量、滴速、药液余量等信息。虽然在应用方面起到了一定的作用，但这些监测系统都存在共同的缺点：需要将尖型的金属传感器插入在滴管内，由液滴导电的工作原理所产生的电脉冲，这种情况并不符合在医用方面无菌操作的要求，并且系统只可以对8个输液瓶同时检测，并使用一个公共的电路，观察起来并不方便；系统不具有远程控制功能，也并没有实现监控的网络化。本文对输液监控智能系统进行了较全面的探讨，并从软件，硬件两方面详细说明了系统的研究内容和实现方法。本设计实现了对输液的准确性、自动控制和无接触式红外线光电传感器进行测量，并通过实验对以下四种不同的液体（5％葡萄糖，0.9％氯化钠，5％葡萄糖+药物，10％葡萄糖）进行观察，由此证明了此液滴计数的方法来确定输液是否正常，是完全可以实现的。根据对以往设计资料不断研究的前提下，通过对输液过程中的需求分析，当在输液过程中出现各种情况时，系统可以自动及时报警所要达到的控制滴速，以此来确定系统中的各个功能模块的详细需求。我们通过单片机相应的控制技术、CAN无线传输技术，光电检测技术，来确定目前的系统软件，硬件组成。本文还设计了一个系统硬件系统开发的内容，其中有微控制器的选型和系统下位机的键盘输入模块，滴液检测模块，液晶显示模块，声光报警模块、滴速控制模块和CAN总线传输模块等方面的设计，对于系统软件系统也设计了下位机各模块的应用程序，以及完成上机位机中的输液监控管理软件的相应模块的程序及功能。1硬件和组件的接口设计1.1硬件电路的设计龙源期刊网医院输液监控系统主要采用主、从站分布式体系结构，实时监控可以有多个病床输液状态。其中，从站负责为病人剂量和输注速度的信息进行设定，由实时监测的液滴和微型步进电机ULN2003A驱动的红外线传感器，微型步进电机反向驱动的输送机，以便控制软管松动或紧张来进行滴速调节，当异常情况或输液结束时，系统会自动发出声光报警，从站的监测数据传输通过CAN总线传送主站，主站设计输液监控和管理软件，采用C语言编写，通过调用相应的功能模块，医务人员知道每个病床输液状态一目了然，并通过CAN总线改变病人的输液速度。输液监控系统构成的供应链管理系统，负责完成特定的输液过程监控。它包括：MSP430F149单片机，键盘输入模块，滴速检测模块，声光报警模块，LCD显示模块，CAN总线传输设备和滴速控制模块。单片机滴速控制CAN总线传输LCD显示声光报警滴速检测键盘输入PC机。1.2JTAG调试接口设计在调试过程中，首先应用的JTAG调试器将编写的程序从PC上下载到FLASH运行，通过JTAG接口进行程序控制，然后读取芯片和CPU状态的内存内容的信息，为设计人员编译调试软件集成和调试环境，而不是一个专用的编程器。所以你只把单片机按调试接口的标准，与购买的JTAG调试器对接，就可以在线调试程序。1.3JTAG调试端口引脚设计采用2.54mm的间距，14针双排针座的JTAG调试接口，只可用于在实际应用中的五个引脚，其他引脚都没有用，跳线PZ用于选择JTAG调试器使用外部电源或内部电源。当外围电路的电源是功率相对较小时，使用JTAG内部电源即可。当外围电路的电源功率比较大时，你应该使用一个外部电源。1.4基于USB-CAN总线适配器电路设计整个系统的设计目标是设计一个适配器，CAN总线的数据通过USB接口快速传输到PC进行处理和分析，并通过它来CAN节点发送数据或命令，实现计算机和通信设备通讯。1.5USB通信模块的设计MSP430F149的P6端口连接到一个对应的D12数据端口，通过端口连接MCU之间的4个IO和D12四个控制74HC573隔离缓冲后如下：P2.0→WR_N，P2.1→RD_N，P2.2→A0，P2.3→CS_N。因为MSP430MCU系列单片机无需外部总线接口，所以需要4个以上P6端口来模拟数据/地址复用总线来读写程序，以实现D12的操作。此外，D12的INT_N端口，通过跳线与MSP430F149的P2.5端口相连，来完成D12要求MCU的请求中断处理。1.6印刷电路板的设计龙源期刊网原理图设计的最终目标是生产电子产品，电子产品在生产前要画出电路原理图，根据原理图进行绘制电路板设计，印刷电路板简称PCB（PriniedCircultBoard），按设计PCB电路板制成。2硬件开发设计原则2.1元件排列原则（1）通常，所有的部件都设置在印刷电路板的同一表面上，并且仅在顶层元件太密时，才能把一些高度有限和较小发热量的元件，如表面安装IC，片状电容器、片状电阻等放在底部。（2）有些高的元器件或导体之间存在电位差，应增加它们的距离，以避免意外的电线短路。（3）确保的电气性能的前提下，元件应放置在删格上，并彼此平行或垂直布置以求美观，简洁和整齐，通常不让元件重叠放置，元件结构应该是紧凑的，同时输入和输出组件尽可能地远离。（4）在该板的整个表面上的元件应均匀地分布，密度一致。（5）位于板边缘的元件远离PCB板的边缘中的至少两个板厚的距离。2.2根据信号走向布局原则（1）为了保持信号的流通，元件的放置应该使该信号的方向尽可能一致。在正常情况下，布置的信号流的从顶部到底部或左到右，与输入、输出端直接相连接的元件应当放置在靠近连接器或者输入、输出接插件的地方。（2）通常是由一个根据信号流的各自的功能安排电路单元的位置，以每个电路单元的核心元素为中心，在其周围布局安排。3系统软件主程序设计方法主程序必须先完成初始化工作，主要包括设置看门狗管理模式，系统时钟初始化，初始化LCD模块的初始化中断，初始化定时器，全局变量和其他参数的初始化。然后启动计时器开始计时，开中断允许单片机响应外部中断请求，内部定时器中断请求。计算输液滴速子程序，达到采样时间，计算输液滴速，并设置报警标志。任何中断，外部中断和定时器中断可以唤醒，打开相应的中断服务程序。最后中断处理是完整的循环执行子程序计算输液滴速和其他功能。根据滴速值计算和调整剩余时间的值，并在同一时间显示新值。如果秒计数器减去上次采样的时刻不等于采样间隔时，返回到主程序，继续进行后续的过程中的操作。龙源期刊网体现了实用性和经济性输液监测信息管理软件系统的开发主要体现功能齐全、操作简单、实用、方便的特点，提高了系统的成本效益。4.2体现了操作的简易性坚持“以人为本”的指导思想来开发软件，努力实现良好的界面，操作方便，性能良好，客户满意度等软件系统。4.3体现了实时性该软件使用了多线程，使操作员选择的监视器，实现了从站和站数据同步，程序每六秒钟更新一次滴速，而报警是即时提醒，如果有从站用户报警，主站立即拉响了警报，给出一个醒目的报警。结语我们在系统的设计中使用的检测技术和控制技术，自动监测输液过程中要达到的目的，使用USBTOCAN适配卡，总线CAN信号采集和转换到USB信号，信息会显示在软件界面通过用户的操作，可以使主站通过的信号转换适配器的交互数据。其主要特点是：当一个异常发生在输液过程中或输液接近尾声时，系统能自动报警，实时显示系统可以自动输液控制输液速度，系统是可以设置的点滴速度，特点采用分布式设计原则，实现了基于CAN总线的远程监控输液，脉冲调制技术的应用，使系统能够提高抗干扰能力红外线输液管，多级齿轮减速，自动步进电机控制，定位精度该系统具有多个报警信号，系统是简单的，可视化显示的结果，具有高可靠性和稳定性的系统软件。输液监控系统的发展趋势是将向网络化发展，而目前医疗技术的快速发展需要配套相应的医疗服务和设施，而作为最为常用的输液医疗手段，输液监控器材已经被越来越广泛的使用。就目前为止，医院的输液观察室和普通病房还基本上没有这种设备的出现，因此，如果出现一种低成本的可以接收的输液监控系统，它的前景应用将不可估量。参考文献[1]谢望.光电传感器技术的新发展及应用[J].仪器仪表，2005.[2]吴金宏，张连中，刘丽娜.光电开关及应用[J].国外电子元器件，2001.[3]颜晓河，董玲娇，苏绍兴.光电传感器的发展及其应用[J].电子工业专用设备，2006.龙源期刊网[4]霍利锋，白凤娥.分布式输液监控系统的研究与实现[M].太原：太原理工大学.2007.