无人值守的点滴智能监测控制系统

0 引 言

随着电子信息技术的迅速发展与应用，医疗设备的发展使静脉点滴逐渐从人工监守转移到自动监控，在静脉点滴过程中使用电子设备进行监测。通过走访医院进行调查，了解到目前传统输液过程中存在诸多不便之处，如输液时滴速异常、管路堵塞、有危险气泡 [1]、输液完毕无提示以及家属实时监控无法休息等，为此本文设计了一款多功能智能点滴监测系统。

1 整体设计

本产品采用主从通信（CAN）方式，由 CAN 总线 [2] 连接各个子系统。CAN 接口由 CAN 控制器与 CAN 收发器两部分组成。本设计采用 MCP2510 作为 CAN 控制器，主要用于实现物理信令子层与数据链路层，CAN 收发器采用TJA1050，是用于与物理传输媒体连接的子层接口。系统总体框图如图 1 所示。

CAN 具有检错机制与错误处理系统，传输距离远、实时性强，即使发送的信息遭到破坏，也可以重新发送，既能为系统的安全运行提供保障，又为医护人员迅速发现病床输液问题并及时解决奠定了基础。

2 硬件设计

本智能医疗输液装置基于 STM32 开发板设计，从液位与滴速两方面对输液过程进行监测。

2.1 液位监测

液位监测采用 XCK-Y25 型号非接触式液位传感器，液位传感器 [3]（探头）安装于被测容器外壁的上下方（液位的高位与低位），无需与液体直接接触，具有高稳定性、高灵敏度，抗干扰能力强，不受外界电磁干扰等优点。它利用水的感应电容检测是否有液体存在，当液面慢慢升高接近感应器时，液体的寄生电容耦合到静态电容上，使感应器的最终电容值变大，然后将变化的电容信号转换成电信号，计算出该变化量，当超过一定阈值时就认为液位到达感应点，再将数据传输至单片机进行融合处理，最后传送至护士端，使医护人员对药液的剩余量有一定的了解，当输液管顶端没有药液时，蜂鸣器开始报警，红色小灯闪烁，提醒医护人员输液完毕以便更换药液或拔针，避免出现回血等意外。

2.2 滴速监测

滴速监测采用红外对射式光电开关，对滴管里药液的滴速进行监测，通过测量液滴之间的间隔时间来计算每分钟的滴流速 [4]。当滴速与设定的初始值不同时，通过步进电机控制输液管的松紧，改变输液管的药液横截面积 [5]，使滴速恢复正常，以此达到控制液滴流速的目的。防止由于滴速异常给患者带来不适或引发医疗事故，滴速监测流程如图 2所示。

2.3 RFID 标签

在每位病人所用的药瓶上贴上 RFID 标签，通过手机的 NFC 功能向 RFID 标签中写入信息，病人可通过手机的NFC 读取功能，读取前期写入的信息，降低出错概率 ；利 用 RFID 技术对点滴瓶进行跟踪，可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据 [6]，极大地减少外界对药瓶跟踪带来的干扰，同时也在很大程度上降低了医护人员的工作强度。RFID 信息读取流程如图 3 所示。

3 软件系统

3.1 CC3200

为了实现数据的可靠传输，本设计采用 CC3200 的 TCP套接字，提供面向连接、可靠的字节流服务。客户与服务器建立一个 TCP 连接后才能传输数据，同时提供超时重传、检验数据、拥塞避免等功能，保证数据能从一端传送至另一端。

传感器网络将检测到的数据通过 CC3200 模块传送至主控制器，主控制器对采集到的数据进行融合、分析处理得到较为准确的数据，然后传送至控制系统。控制器获取到数据后进行整理、分析和判断，产生两路占空比可调的 PWM 对系统进行控制 ：一路 PWM 用来驱动减速直流电机，实现GPS 导航功能 ；另一路 PWM 驱动步进电机实现自动调节滴速功能。

3.2 网页显示

系统微处理器的程序开发软件采用德国 KEIL 公司的MDK5。全球有超过 10 万嵌入式开发工程师使用 MDK，目前其最新版本为 MDK5.14。该版本使用 μVision5 IDE 集成开发环境，是目前针对 ARM 处理器，尤其是 Cortex M 内核处理器的最佳开发工具，μVision IDE 从 MDK4.7 版本开始就加入了代码提示与语法动态检测等功能。

本文系统主要利用 Eclipse 完成整个 Web 的后台开发。Eclipse 是一个开放源代码的软件开发项目，专注于为高度集成的工具开发提供一个全功能的、具有商业品质的工业平台。Web 主要基于硬件返回的数据进行操作，主要目的是反映点滴瓶每时每刻的信息，以实现及时处理输液异常的功能，避免出现管路堵塞、血液回流的状况。软件工作流程如图 4所示。

4 结 语

本文产品与医疗系统相互配合，实现了护士站与病床端的一站式管理，非常适合在医院进行推广，可有效减少医疗纠纷，提高医疗服务质量，该系统是输液管理及临床护理模式的一次变革，提升了现代化医院的信息化管理水平。