基于单片机的智能输液系统设计#单片机题目#51单片机设计

大家好，现在看到的是聚单片机的输液监控系统，接下来演示一下它的功能。

·在给系统穿线之前，几个模块需要先接一下。这里是水位检测传感器，用来检测是否有液体。这里是不进电机，用来模拟调速。

·将电线打开，打开电源开关之后显示屏上会显示当前是否有液。第一行显示无就说明当前是没有液体的，这个时候不会报警，也不会控制电机。

·下面是温度、心率还有低速，这里有四个按键，来看一下按键功能。

→按下第一个按键进入设置，首先设置的是低速下键，当低速过低或者是低速过高的时候会控制步行电机转动来模拟调速，同时蜂鸣器会报警提醒。

→再按一下设置低速上限，也是通过中间的蓝按钮来调整。

→再按一下设置温度下限，当温度不在范围内也会触发报警。

→再按一下设置温度上限。

→再按一下设置心率下限，心率过低会报警。

→再按一下设置心率上限。

这些都是在输液的时候如果有异常都会进行报警。

·测心率是将手指放到传感器上面，可以，这边绿灯会闪烁，会测心率值。

·这里用湿纸巾放到传感器上面，用来模拟是有水的状态。

·为了避免蜂鸣器一直报警，这里加了一个报警开关的功能，按下之后可以关闭蜂鸣器报警，但是不影响其他的功能。

·水、电机转动，这个时候是因为低速过慢，现在低速是零，用手挡一下打几下，因为这里是每十秒钟刷新一次，计数的时候会按一分钟进行计算。

·低速在三二线范围内，这个时候步行电机是停止的，如果是低速过快，多填几次，这时候低速过快不进电机会反转，这是低速的控制。

·报警就是如果不在范围内，任意一个不在范围内都会触发报警，这边可以通过按键进行打开关闭报警，可以防止蜂鸣器一直响。因为正常情况下在测试的时候肯定是这个，除非一直有，不然就会一直报警，可以先关闭。

·如果是没有水的情况下把纸巾拿掉，把传感器擦干，看这个时候没有水，传感器在使用的时候注意下面这一边可以冲水，上面不要冲水。

整个产品的功能都已经演示完毕，谢谢观看。

大学生论文：输液“监测-报警-控制”系统。

输液“监测-报警-控制”系统

人民聚焦话题《子涛说事每日快讯》

王国印 杨浩宇 王晨阳 裴书龙 马文婷 芦晓阳

（天津工业大学）

摘要：本项目为基于STM32F103VET6单片机的输液“监测-报警-控制”系统。此系统可以实时监测各节点输液液位的情况，若液位低于警戒值，便自动向后台发送报警信号等待医护人员的处理。此系统极大的降低了看护人员的陪护时间，解决了病人在输液期间无法正常休息的问题。同时通过无线局域网络保证了通信的时效性与安全性。

系统由非接触式电容液位传感器、STM32VET6单片机、WiFi模块、液晶显示屏和直流电源供电模块等组成。点滴液位由非接触式电容进行实时监测，通过单片机进行数据处理，并将数据无线发送，实现与终端节点无线通信与组网。同时终端节点对各个子节点进行信号反馈，实时调整各监测设备的状态。

此系统具有很高的创新性与实用性，对低耗医疗器械的自动化与智能化有很好地参考价值。

关键词:输液监控；WiFi通信；新型传感器；智能医疗

一、引言

现阶段，中国每年输液量已经破百亿瓶，这是个惊人的数字。有时，病人和护士不能及时发现输液异常或者液体将尽，这会耽误拔针时间，可能引起输液事故。这类情况往往得不到人们的重视，但等待输液者的可能是截肢，甚至是生命危险。

此项目的研究意义的正在于避免这种情况的出现，我们的团队致力于应用智能化的监测和控制技术，设计一款能够及时传递信息、做出有效控制的“输液监测-报警-控制系统”，系统通过对输液液位的实时监控反馈，极大限度地降低输液时因血液倒流而引发危险的风险。

近几年短距离无线通信技术发展迅猛,WiFi、蓝牙和ZigBee等技术蜂拥而至,采用无线的解决方案将很轻松的避免上述问题。另一方面，信息通讯技术的高速发展使得实现功能所需的传感器、触发器等硬件价格非常低廉。以上因素都极大地促进了低值医疗器械的智能化。

未来，此输液“监测-报警-控制”系统可以进一步完善成为具有完整呼叫、回复、监控、管理、评价的无线病房智能通讯系统，有效地解决传统的有线病房呼叫系统的布线繁琐、无法移动、功能升级性差、成本高等弊端。

二、国内外研究现状

（一）国内现状

现阶段，国内已有简易便携式点滴报警器（输液宝），这种报警器功能局限性大，只能实现简单的声音报警功能，液位低于警戒值便发出声音提醒患者或者家属，再由患者或家属人工呼叫护士进行处理。这种装置存在很多弊端：1）不利于情急情况下护士的床位定位；2）输液区警报声的大量播放，极大程度上影响了输液环境；3）警报系统还具有随机性和无次序性，会造成病房换液拔针运行紊乱。

（二）国外现状

国外智能型输液装置的研究较早，如日本、美国和德国等国家上世纪八十年代末就进行了智能型输液装置的研制。现在很多发达国家住院床位配备了输液泵，输液泵是一种多功能输液控制器，能够较为精确地控制输液速度，并实现输液阻塞、气泡混入和输液完成报警。但是输液泵市场售价较高，大部分三级甲等以下医院望尘莫及。

三、项目研究内容

1、非接触式液面电容传感技术研究：为便于测量输液瓶内液体的剩余量，根据液体的寄生电容与感应器的静态电容耦合的原理，设计便携式液面测量传感器。

2、红外液面监测的机理及算法设计：开发基于红外发射及信号分析的底层模块和顶层算法程序。

3、WiFi通信技术机理研究及算法设计：根据WiFi模块间的串口通信，搭建无线局域网络，保证通信的时效性与安全性。

4、监控中心的设计：设计硬件电路，通过对各个分级传递信息的处理和分析，对出现的各种情况进行实时反馈。

项目创新特色

1、推动新型传感器的应用，实现了在容器外侧对液量监控，实时监测输液情况，并对异常情况进行快速的处理，有效的防控输液事故。

2、引入成熟的WiFi技术，点滴监测控制系统智能化实现远程信息传递及反馈功能，提高了医护人员对信息的接收，有效地减少人力资源的浪费。

3、从芯片的自主选择，电路的自主设计再到产品布局的自主设计，其局限性很小，同时极大地锻炼了学生的动手实践能力，培养学生的开放性思维和创新精神。

五、系统设计方案

（一）系统框架

输液“监测-报警-控制”系统的结构如下图4-1所示，能够分成以下三个部分：监测部分、信息传输部分和控制终端。监测部分由非接触式电容液位传感器、STM32最小系统等组成，实现各病床的液位监测功能；信息信息传输部分负责在总机与各分机之间进行信息传输；控制终端是由STM32、OLED显示屏、蜂鸣器等组成，负责WiFi网络的组建以及在护士站显示和处理报警信息。

本设计中，监测部分和控制终端均采用可自由移动的设计，充分发挥WiFi网络拓展性高和传输距离远的优点，实现整个病护区域的信息传输。

其具体的工作流程如下：

1、护士站的控制台节点上电后，自动组建WiFi网络，等待病床的液位监控节点上线。

2、当病床的液位监测部分正确安装后，打开电源，该节点会自动寻找并加入现存的WiFi网络，随即自动开始监控当前的液位。

3、与此同时，控制终端收到相关信息后，会自动分析该节点ID信息、上线时间等信息，进而得到该节点对应的病床号，并在OLED屏上显示当前已经加入的床号。

4、监测过程中若液位低于警戒值，则会通过WiFi网络发送将信息反馈给控制终端。

5、控制终端在接受并分析指定信息后，把报警处的病床号显示在OLED屏上，并发出进行报警来提醒医护人员作出相应处理。

6、处理完成后，医护人员按下监测部分对应的按键，清除该床位的报警，该床位重新进入监控状态。

图4-1 系统构架图

（二）系统硬件设计

1、监测部分

液位监测的节点安装于输液管上，负责监测当前药液液位并发出低液位的报警信号。

图4-2 液位检测系统

2、控制终端

控制终端安装在护士站，负责组建WiFi网络、实时显示当前在线的病床号。当发出报警信号时，控制终端显示当前低液位报警床位号，处理完毕后，通过按键来清空报警信息。

图4-3 控制终端

3、信息传输部分

信息传输部分负责接受并转发WiFi的数据包，用于增大监测部分与控制终端之间的通讯距离、消除信号死角。

图4-4 信息传输系统

（三）系统软件设计

此输液“监测-报警-控制”系统中，软件设计的目的是搭建WiFi无线网络，实现液位监测部分、信息传输部分以及控制终端之间的数据发送、转发及接收。此WiFi网络中的各部分软件设计如图4-5所示。

图4-5 系统软件设计流程图

六、项目实现方案

（一）技术路线

我们采用设计、实践和验证的研究方法，共分4个阶段来完成这个项目。

第一阶段：知识学习

查阅资料文献资料与学习相关理论知识，了解国内外关于这方面的研究状况并补充相关方面的理论知识。即相关技术和元器件的学习：

1.WiFi网络的建立与通讯方法的研究。

2.合适元器件的选择原则制定：抗干扰性强、不污染药液、通讯稳定。

第二阶段：方案设计

我们确定该项目的总体设计方案与设计思路，然后研究各个模块并确定各个模块的具体功能，直到实现预期的目的。

1.液位监测装置的设计制作：包括最优PCB设计、最佳布局的研究以及开板、焊接等。

2.控制中心的设计制作：在之前PCB布线设计的基础上，研究实现用STM32单片机驱动OLED以及通过按键控制数据收发的方式。

第三阶段：研制、开发和调试

包括编写相应功能的程序，设计该系统的外围电路与接口，功能调试（包括程序的调试，电路的调试和硬件的调试）直到系统达到预期功能。

第四阶段：性能的测试与完善

我们对该报警器进行测试，然后对其中不足的地方进行修改与完善，提高系统工作的稳定性和可靠性。

（二）制作过程

前期我们查阅资料，在拥有相关专业知识后，开始购买准备此项目所需的元器件。在等待元器件到货的同时，我们小队成员兵分两路，一路按照元器件的硬件尺寸设计PCB图，另一路开始着手研究软件算法与WiFi通讯协议。元器件到手后我们按照元器件的实际尺寸微调PCB并进行制作，随后进行焊接。同时，随着对WiFi协议栈的不断学习深入，我们对硬件和算法的理解不断加深，并不断进行对系统的调试及优化。

如图5-1所示，我们在控制台节点安排了OLED进行可视化显示，同时，增加蜂鸣器来声音提醒医护人员，换液处理完成后再通过按键取消报警。

如图5-2，为增加系统的便携性，我们的液位监控节点经优化后采用18650电池供电，得益于WiFi网络的低功耗和STM32的休眠机制，目前可以为监测部分提供10小时以上的连续工作时间。

图5-1控制终端PCB原理图

图5-2 监测部分PCB原理图

七、实际运用前景

目前，此系统已具备WiFi无线组网、智能液位监控、实时通讯系统、信息快速反馈处理的功能，可在患者输液时有效监测药液液位，从而防止血液回流，杜绝换液不及时所带来的风险；另一方面，此系统极大地缩短了输液期间的人工陪护时间，保证了患者的正常休息，同时，大大提升了医院对输液患者的管理效率，进而可有效降低人工成本。

经过多次反复测试，该系统稳定可靠，可满足医院的实际需要，经过后续外形的设计改善，便可投入商业生产，应用到实际生活中。

未来，此输液“监测-报警-控制”系统可以进一步完善成为具有完整呼叫、回复、监控、管理、评价功能的无线病房智能通讯系统，在智能监测输液过程的同时，有效地解决传统有线病房呼叫系统的功能升级性差、布线繁琐、无法移动、成本高、人工参与度高、临时增加的床位无法使用等弊端。

参考文献

[1]吴婷,文必龙,齐秋平.基于SPC的储罐液位异常检测算法[J].计算机应用与软件,2019,36(01):99-104.

[2]荆希珍,张加敏,张城铭,李兆麟,陈梅.液体点滴自动检测监控及报警装置[J].电子技术,2018,47(11):3-4.

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[5]谭蓉,朱祖国.输液终点自动监视装置的研制[J].中国医院药学杂志,2009,29(01):86-87.

[6]李蕾,张晓蓉,庄汇文.一种输液检测报警装置的研制[J].医疗设备信息,2003(03):14-15.

指导教师：李 娟

编辑：孙子涛

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