输液实时监控系统的设计与实现

唐馨 郑州大学软件学院

引言

信息化技术的发展极大地推动了我国医疗事业的发展，尤其是在当前物联网与人工智能的热潮推动下，而智慧病房作为进军医疗行业的跳板，占据着不可或缺的重要地位。各种智能化医疗设备也进驻医院，提高了医疗工作的效率。

临床医学中较为常用且有效的医疗手段之一是静脉输液，但目前很多医院仍依靠人力等传统方式来处理病患的输液问题。医疗资源匮乏时难免会出现因换药、输液速度不适等而引起的医疗事故，同时医护人员的工作量也是巨大的。因此实现输液智能化、自动化显得尤为重要。

本系统成本较低、较为有效，可极大减轻医护人员的工作量，并减少因输液问题而引起的医疗事故的发生，提高医疗工作效率，满足社会与医疗行业的需求。

1 系统总体设计

本系统由硬件采集端与上位机软件构成。采集层采集输液实时情况，包括液滴速度、回血情况、剩余液量。传输层将采集到的数据上传至上位机处理。系统采用模块化设计，由主控模块和各子模块组成。子模块包括通信模块、滴速检测与调控模块、少液检测与报警模块、回血检测与报警模块、显示模块、加热模块。

2 硬件设计与实现

微控芯片选用STM32F103系列芯片，该微控制器采用Cortex-M3内核，CPU最高速度达72MHz，外设接口丰富，功能强大，成本较低，应用广泛。

2.1 滴速检测与调控

红外对管由红外发射管与红外接收管组成，体积小，灵敏度高，传输距离远，低功耗，成本较低。发射管发射光线，受到遮挡时，接收管产生高低电平变化，接入信号处理电路实现数据采集。

红外光在空气中和水中亮度不同，液滴滴落时，使接收管电平变化。液滴落下，单片机定时器开始计时，到下一滴时停止，根据时间差来计算滴速。为减少误差，连续采集5次，计算平均值。

设置滴速阈值，若滴速过快将反馈至调速装置。调速装置由步进电机控制，电机与液瓶相连。利用大气压，若速度过快，降低液瓶高度，减慢滴速，反之则升高。

2.2 回血检测与声光报警

同样利用红外对管在血液中和水中的亮度不同的原理。该部件置于靠近扎针处，若有回血情况出现，红外接收管会产生高度电平变化，此时驱动阻断装置夹紧输液管，停止输液，同时会发出声光警报，在上位机可查看到报警信息。医护人员可迅速来处理。

2.3 少液检测与声光报警

同滴速检测原理，红外线在液滴中和空气透射能力不同，致使接收管的信号发生变化。该红外对管置于液瓶下方，当液面过低时，接收管产生高低电平变化，迅速启动声光报警。医护人员在上位机可得知该报警详情而处理。

2.4 显示模块

显示模块为LCD1602显示屏，一种点阵型液晶模块，可显示2行信息。本系统中用来显示当前的滴速与报警情况。

2.5 手动加热模块

液滴温度过低，流入体内过凉，因此增加了手动加热装置。按下按键可驱动继电器。继电器驱动包裹输液管的小加热片，可提高液体的温度，不至于流入体内过凉而引起不适。

2.6 通信模块

通过通信模块将采集到的数据上传给上位机。本系统选用ESP8266无线WIFI模块，该模块可实现较远距离传输，成本较低，安装便捷，可完成数据显示和远程控制的功能。

3 软件设计

硬件系统是基础，软件系统是核心。该系统主要用C语言编写，可实现滴速检测调控、回血与少液检测报警、加热等。系统上电完成初始化之后，检测液滴滴速并调控，不断显示数据并与上位机通信。少液检测、回血检测、按下加热按键均会产生中断，检测到外部脉冲后会进入中断处理程序。

4 结束语

本系统设计并实现了输液实时监控系统，提供滴速的监控与调节、回血与少液的检测与报警、手动加热等功能，可即时查看输液信息，并通过无线传输发送至上位机。经系统测试，各项功能达到了预期的设计目标。该系统成本较低、操作简单，能较好满足医院需求，减轻了医护人员的工作量，极大的提高了工作效率，有较好的应用前景。