基于Arduino控制器的点滴流速监测及报警系统研究.docVIP

基于Arduino控制器的点滴流速监测及报警系统研究 　　摘要：文章设计了一款点滴流速监测控制及报警系统，不仅实现了对输液总时间的预测、输液流速的测量与控制，还实现了对即将完成输液时间的报警、流速异常的报警、输液过程意外情况的人工报警以及对输液信息的远程监视与控制。 　　关键词：Arduino控制器；点滴流速监测及报警系统；流速测量；称重；输液监测 文献标识码：A 　　中图分类号：TP212 文章编号：1009-2374（2017）01-0005-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.003 　　在临床医学中，静脉输液成为治疗众多疾病的基本手段。随着科技的发展和信息化水平的提高，医疗器械设备的数字化和智能化是当前和今后医疗卫生技术发展的重点。在静脉输液方面，由于输液精确性和安全性的需求，国内外在静脉输液智能化方面一直寻求突破，输液泵的发明就解决了这一问题。它是一种能够准确控制输液滴数或输液流速，保证药物能够速度均匀、药量准确并且安全地?M入病人体内的医疗设备。但由于采用专用耗材，所以价格十分昂贵。以德国贝朗的输液泵为例，零购价格大约在每台20000～25000元，批量投标价格大约在18000～20000元每台，所以在医院的普遍推广性不容乐观。在输液远程监控方面，国内也有一定的尝试，但在患者端仅仅采用了重力传感器达到报警的功能，没有很好的时间预测和速度控制，其次在医护站的上位机也没有挂靠医院的第三方软件，没能与医院的系统进行结合，在手机移动式监控方面更是一片空白。通过现有的国内外先进精确测量技术，物联网技术和控制技术等，辅加一些人性化的部分，设计一款点滴流速监测控制及报警系统。一方面，该系统可实现医护端对患者输液信息的远程实时监视与控制；另一方面，陪护人员可以通过手机获取输液情况，极大地减轻了陪护人员的压力，为提高医疗体系的智能化和数字化提供了可行的一步。 　　1 总体设计 　　此系统以Arduino UNO R3微控制器为核心，由流速测量与控制、称重与时间预测、通讯、报警以及OLED显示等模块组成。系统在开机后进行初始化，由医护人员输入流速信息，流速传感器可以实时测量出点滴流速，结合步进电机进行闭环控制。高精度称重传感器可以实时测量液体质量，结合millis函数，通过算法实时预估完成输液时间。当出现流速异常、患者不适以及输液即将完成时可以进行报警。医护端与患者端通过ESP8266无线模块，进行实时数据传输，从而医护人员实现远程监控，同时家属也可以通过手机获取输液情况。 　　2 硬件设计 　　2.1 Arduino UNO R3微控制器 　　Arduino UNO R3微控制器是系统的神经中枢，主要用于对各传感器信息的处理，以及控制系统各模块有序的工作。控制微处理器采用ATmega328P-AU处理器，具有强大的应用能力。其系统嵌入了A/D转化模块，拥有PWM接口、数字接口、模拟输入接口、串口通信接口等多种接口，可搭载多种类型的外设，使用非常方便，大大提高了硬件电路的效率。 　　2.2 数据采集模块 　　数据采集模块由流速传感器和称重传感器组成，分别用于测量输液时的药液的流速，以及称量输液瓶的质量，包括输液瓶的瓶重及药液的质量。其中，流速传感器有VCC、GND、OUT三个接口，其OUT接口与控制器的7数字接口相连，其采集的信号以高低电平的方式输出。称重传感器接24位A/D转换模块HX711，其测量精度可达到0.1g。HX711有VCC、GND、SCK、DT四个接口，其中SCK、DT分别接单片机的5、6数字接口，从而传输其采集的数据。原理图见图2。 　　2.3 数据处理模块 　　数据处理模块包括由步进电机和机械滑轮组成的控速模块以及报警模块。步进电机是四相五线的5V电机，由ULN2003驱动，其具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点，适应于各类要求高速大功率驱动的系统。ULN2003上有VCC、GND以及四个数字输入接口，对应接入单片机的8～11数字接口。其原理图见图3。 　　2.4 数据传输模块 　　数据传输模块由通讯模块以及PC、手机等组成，用于对输液信息的远程传输。通讯模块采用ESP8266 Wi-Fi模块实现医护端与患者端数据的双向传输。患者端采用ESP8266 Wi-Fi模块，经路由器将输液信息传输至云服务器供医护端和家属端监视，同时患者端和医护端提供双向传输信息的功能，即医护端可以远程控制患者输液信息。其结构简图见图4： 　　3 工作原理 　　3.1 流速测量及控速 　　流速传感器利用红外发射接收透射管。红外LED发出的红外光透过滴斗由光敏二极管接收，当有液滴滴下时，接收到的信号会减弱，产生脉冲信号，通过三极管开关电路，