CN101073680A - 便携式输液监控器 - Google Patents
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Abstract
本发明便携式输液监控器，具体涉及一种医院护理中的输液液体检测、控制及报警装置，所要解决的问题是提供一种便携式、体积小、重量轻、功耗低、操作安装方便、由可充电电池供电的输液过程监测控制设备，所采用的方案为：中央微处理器单元分别并联红外发射电路单元、红外接收调理电路单元、电机驱动及电机检测电路单元、功耗管理电路单元、可充电电池及电池检测电路单元、按键电路单元、指示灯电路单元、声响电路单元、复合接口和无线通信电路单元；中央微处理器单元固化了便携式输液监控器的监控方法；本发明便携式输液监控器可广泛应用到各种医院、社区医疗及个人家庭的输液监控领域，具有很好的市场前景。
Description
技术领域
本发明便携式输液监控器，具体涉及一种医院护理中的输液液体检测、控制及报警装置。
背景技术
输液器在医疗单位使用很广泛，传统是人工目测的方法来识别输液是否完毕，如果液体完毕没能及时发现，会造成血液回流，危害患者。使用输液报警器可降低人工劳动强度，提高医院的护理水平。
目前国内的一些输液报警器，在液体检测方面，有称重法、激光测量法、电极插入直接测量法、光电测量法、电容测量法等多种测法，测量位置有测量输液瓶液位、测量滴壶内滴液次数、测量输液管内液位等等。每一种方法都有其优缺点，最实用的方法是光电法测量输液管内液体的液位。但是怎么用光电法能可靠有效的测量输液管内的液体，避免外界光线干扰，是一个技术难题。
有些输液报警器有关闭液体功能，输液完毕后能在医护人员到来终止输液或更换液体之前把液体关闭，以留给正忙于其他事务的医护人员更多的时间。再者在适当的液位关闭液体，医护人员更换液体方便，避免进行排气等工作。专利号为200420006730.4在中国专利公开技术中所述就是一种能够关闭液体的输液报警器。其结构复杂，体积大，需要手动用力复位关闭机构，很难有实用性。
有些输液报警器除了声光报警外还具有报警远方输出功能。可以连接医院护理呼叫系统，将报警信号直接传到护士室或者值班室。理想的输出信号不能用导线来输出。输液器有导线连接使用很不方便，病人很难携带液体去洗手间，再一个降低了病人的舒适感。专利号为200420065194.5在中国专利公开了使用红外发射的原理实现报警输出的功能。其缺点是红外线具有方向性，不能绕过病房活动的行人或不能穿过不透明的遮挡物。对报警器的放置方向也有要求，而且只能单向数据传输，使其在使用方面具有很大的局限性。
发明内容
本发明便携式输液监控器，所要解决的问题是提供一种便携式、体积小、重量轻、功耗低、操作安装方便、由可充电电池供电的输液过程监测控制设备。
为了解决上述技术问题，本发明便携式输液监控器采用的方案为：便携式输液监控器，主要包括壳体1、输液管开闭机构2、液位检测机构3和检测控制电路部分4，其中，检测控制电路部分4主要包括中央微处理器单元40、红外发射电路单元41、红外接收调理电路单元42、电机驱动及电机检测电路单元43、功耗管理电路单元44、可充电电池及电池检测电路单元45、按键电路单元46、声响电路单元47、指示灯电路单元48、复合接口49和无线通信电路单元50，其结构为：中央微处理器单元40分别并联红外发射电路单元41、红外接收调理电路单元42、电机驱动及电机检测电路单元43、功耗管理电路单元44、可充电电池及电池检测电路单元45、按键电路单元46、声响电路单元47、指示灯电路单元48、复合接口49和无线通信电路单元50；
红外发射电路单元41、红外接收调理电路单元42与液位检测机构3的红外发射器31和红外接收器32相连；
电机驱动及电机检测电路单元43与输液管开闭机构2的电机17相连接；
中央微处理器单元40固化了便携式输液监控器的监控方法；
便携式输液监控器的监控方法为：第一步，开机，初始化系统；第二步，检测输液管开闭机构2的开闭情况；第三步，通过液位检测机构3对液面进行检测；第四步，通过无线通信电路单元50对远程控制台51进行信息传送；第五步，有应答就关闭输液管开闭机构2，系统进入休眠；第六步，没有应答，就启动声光报警，并关闭输液管开闭机构2，系统进入休眠；第七步，按下复位键，恢复到初始状态，进行下一个工作流程。
上述的壳体1为长方体壳体，壳体1的前端面上设置有一个与输液管5相配合的卡槽6，在卡槽6内侧两边至少设置两个卡块7。
上述的液位检测机构3主要包括：红外线发射器31和红外线接收器32，其结构为：液位检测机构3固定在在壳体1的中上部，红外线发射器31和红外线接收器32成一条水平线，分别固定在壳体1的卡槽6的两侧。
上述的输液管开闭机构2主要包括：弹片10、滑杆11、连杆12、偏心轮13、轴14、减速器16、电机17、开启限位挡块18、关闭限位挡块19、托板21和弹片固定块36，其结构为：输液管关闭机构2固定在壳体1的中下部，弹片10的上部分固定在弹片固定块36上，弹片固定块36上固定在壳体1左边内侧的内表面上，弹片10设置有通孔22，滑杆11的左端套装在通孔22内，滑杆11的右端固定在连杆12左侧盲孔24内，连杆12的右侧设置有一个右通孔15，电机17通过轴14自上而下连接减速器16和偏心轮13，偏心轮13套装在右通孔15内，偏心轮13上设置有一个与轴14接头部分相配合的半圆孔23，偏心轮13的下底面上固定有一个限位块20，托板21固定在壳体1的右边内侧的内表面上，在托板21的左右两侧分别固定有关闭限位挡块19和开启限位挡块18。
本发明便携式输液监控器与现有的输液器监控设备相比具有以下有益效果：
1、体积小、重量轻、携带方便：本发明便携式输液监控器的壳体1为长方体壳体，壳体1的外形与火柴盒大小相仿，壳体1内固定有输液管开闭机构2、液位检测机构3和检测控制电路部分4，输液管开闭机构2为塑料或弹性元件制成，检测控制电路部分4为集成电路板，重量轻，总体重量约为35克左右，携带方便。
2、检测准确、安全可靠：本发明便携式输液监控器中的液位检测机构3固定在壳体1的中上部，液位检测机构3中的红外线发射器31和红外线接收器32成一条水平线，分别固定在壳体1的卡槽6的两侧，为解决外界光对输液管液位测量带来的干扰，红外线发射器31采用基准恒流源给红外发射元件供电，检测部分二次瞬间静态采样多次测量分析的方法。红外发射电路单元41在中央微处理器40的控制下产生基准恒流电流驱动红外发射元件产生恒定强度的红外光，红外接收调理电路单元42在红外接收元件的输出特性的线性区内采用集成运算放大器放大成微机能足够识别的和接收红外光强成正比的电压信号，红外发射元件和红外接收元件的特征红外波长相互匹配。二次静态采样处理：在微处理单元的控制下，即先采样外界光对红外接收元件的干扰值，随后启动发射单元，采样外界光和发射元件发射的红外光同时作用在红外接收元件的总值，总值减去干扰值得到准确的代表输液管内物质光特征的值。通过中央微处理器单元40分析输液管内为气体的光特征值与输液管内为液体的光特征值的差异性，就得到准确的输液管内有无液体存在的判定。由于二次静态测量在1毫秒内便可完成，这样就消除了外界光线缓慢变化(窗外阳光的光强变化)引起的测量误差。但是并不能消除室内关闭或开启照明设备带来的误差，系统进行多次延时二次静态采样分析处理，可去除粗大误差，有效解决这一问题。因此该便携式输液监控器彻底解决了光电测量输液管液位时外界光带来的干扰问题。可在不大于强烈日光照度下可靠测量液位，足以满足病房内光线对便携式输液监控器的要求；液位检测机构3检测到液面低于安全值，就通过中央微处理器单元40和无线通信电路单元50对远程控制台51发射信息，若远程无应答，就进行声光报警，提醒患者和医护人员。因此本发明检测准确、安全可靠。
3、功耗低、使用寿命长、使用成本低：本发明便携式输液监控器的功耗管理电路单元44包括运算放大器电路单元供电控制端、电机驱动及电机检测电路单元43休眠控制端、无线通信电路单元50休眠控制端，红外发射电路单元41、红外接收调理电路单元42的供电控制端，这些控制端与中央微处理器的控制端口相连接，需要工作的电路单元给电，不需要工作的电路单元不给电或尽可能少的给电，中央微处理器40自身不需要工作时，自动进入休眠状态。功耗管理电路可极大的降低系统功耗，延长了可充电电池的连续工作时间。又由于整个电路系统的电能由可充电电池供电，中央微处理器40内置电源电压监控电路或者微处理器外部电池监控电路检测电池电压过压或者欠压，充电电池工作中欠压时微处理器发出报警信号通知维护人员及时充电；因此本发明功耗低、使用寿命长，采用充电电池供电使用成本低。
4、使用方便、应用范围广：本发明便携式输液监控器的壳体1的前端面上设置有一个与输液管5相配合的卡槽6，在卡槽6内侧两边最少设置有一个卡块7，卡块7的端面为梯形凸台、或为山脊形凸台、或为半圆形凸台，输液管5卡在卡槽6内，并通过卡块7卡住，拆下时只需将输液管5从卡槽6内取出即可，安装使用方便，工作时只需按下电源开关，休眠后再按下恢复键即可，十分方便，因此本发明可以应用到各种符合国标直径的软管输液器上。
附图说明
下面结合附图对本发明便携式输液监控器进一步描述：
图1为本发明便携式输液监控器的结构示意图；
图2为图1所述便携式输液监控器的俯视图；
图3为图1所述便携式输液监控器中液位检测机构3的结构示意图；
图4为图1中A-A剖视(输液管开闭机构2的开启状态)放大图；
图5为图1中A-A剖视(输液管开闭机构2的关闭状态)放大图；
图6为图4所示连杆12的放大示意图；
图7为图4所示偏心轮13的放大示意图；
图8为图1所示便携式输液监控器的检测控制电路部分4的系统框图；
图9为图8中的中央微处理器40的流程图；
图10为图8所示便携式输液监控器的系统框图的电路连接图。
具体实施方式
图1为本发明便携式输液监控器的结构示意图，图2为图1所述便携式输液监控器的俯视图，输液管开闭机构2固定在壳体1内的中下部，液位检测机构3固定在壳体1内的中上部和检测控制电路部分4固定在壳体1内的右侧中上部，壳体1为长方体壳体，壳体1的前端面上设置有一个与输液管5相配合的卡槽6，在卡槽6内侧两边设置有2卡块7，卡块7的端面形状为梯形的凸台，卡块7的端面形状还可以为山脊形的凸台、或为半圆形的凸台。
图3为图1所述便携式输液监控器中液位检测机构3的结构示意图，液位检测机构3主要包括红外线发射器31和红外线接收器32，其结构为：液位检测机构3固定在在壳体1的中上部，红外线发射器31和红外线接收器32成一条水平线，分别固定在壳体1的卡槽6的两侧。
图4为图1中A-A剖视(输液管开闭机构2的开启状态)放大图，图5为图1中A-A剖视(输液管开闭机构2的关闭状态)放大图，输液管关闭机构2固定在壳体1的中下部，弹片10的前后两端固定在卡槽6左侧的壳体1的前后表面内，弹片10的上部分固定在弹片固定块36上，弹片固定块36定在壳体1左边内侧的内表面上，弹片10设置有通孔22，滑杆11的左端套装在通孔22内，滑杆11的右端固定在连杆12左侧盲孔24内，连杆12的右侧设置有一个右通孔15，电机17通过轴14自上而下连接减速器16和偏心轮13，偏心轮13套装在右通孔15内，偏心轮13上设置有一个与轴14接头部分相配合的半圆孔23，偏心轮13的下底面上固定有一个限位块20，托板21固定在壳体1的右边内侧的内表面上，在托板21的左右两侧分别固定有关闭限位挡块19和开启限位挡块18；
输液管关闭机构2还可以采用曲柄连杆结构作为开闭结构。
工作过程如下：输液管开闭机构2的开启状态：中央微处理器单元40控制电机驱动及电机检测电路单元43，使电机17顺时针旋转，电机17通过减速器16带动轴14做顺时针旋转，由于轴14与偏心轮13固定在一起，从而带动偏心轮13做顺时针旋转，偏心轮13套装在连杆12的右通孔15内，从而使连杆12做水平向右的平动，从而使弹片10和连杆12松开输液管5，由于偏心轮13的下底面上固定有一个限位块20，当限位块20转到右侧开启限位挡块18的位置，就停止转动，此时电机17就停止工作；输液管开闭机构2的关闭状态：中央微处理器单元40控制电机驱动及电机检测电路单元43，使电机17逆时针旋转，电机17通过减速器16带动轴14做逆时针旋转，从而带动偏心轮13做逆时针旋转，从而使连杆12做水平向左的平动，从而使弹片10和连杆12卡紧输液管5，由于偏心轮13的下底面上固定有一个限位块20，当限位块20转到左侧关闭限位挡块19的位置，就停止转动，此时电机17就停止工作。
其中减速器16的型号为FF-M10，电机17为微型交流电动机的型号为WJD-30。
图6为图4所示连秆12的放大示意图，连杆12为长方形薄片，其左侧端面上设置有一个与滑杆11相配合盲孔24，其右侧设置有一个与偏心轮13相配合的右通孔15，其可以由塑料制成。
图7为图4所示偏心轮13的放大示意图，偏心轮13为圆形薄片，其外圆弧处设置有一个与轴14相配合的半圆孔23，其可以由塑料制成。
图8为图1所示便携式输液监控器的检测控制电路部分4的系统框图，中央微处理器单元40、红外发射电路单元41、红外接收调理电路单元42、电机驱动及电机检测电路单元43、功耗管理电路单元44、可充电电池及电池检测电路单元45、按键电路单元46、声响电路单元47、指示灯电路单元48、复合接口49和无线通信电路单元50，其结构为：中央微处理器单元40分别并联红外发射电路单元41、红外接收调理电路单元42、电机驱动及电机检测电路单元43、功耗管理电路单元44、可充电电池及电池检测电路单元45、按键电路单元46、声响电路单元47、指示灯电路单元48、复合接口49和无线通信电路单元50；红外发射电路单元41、红外接收调理电路单元42与液位检测机构3的红外线发射器31和红外线接收器32相连；无线通信电路单元50通过无线发射/接收与远端控制台51相互通信，实现远程监控；电机驱动及电机检测电路单元43与输液管开闭机构2的电机17相连接。
图9为图8中的中央微处理器40的流程图，其步骤为：首先从[开机52]进入系统[初始化53]，然后进入[液位开闭机构检测54]，再进行检测判断[机构开启？55]，如果没有开启就进入[开启56]，再返回进入[液位开闭机构检测54]；如果机构已开启，就进入[液位检测57]，再进入[液位低于安全限？58]进行检测判断，如果不低于安全限，就返回进入[液位检测57]；如果低于安全限，就进入[无线信息发送59]，再进行检测判断[远程有无应答？60]，如果没有应答，就[启动声光报警61]；如果有应答，就[启动液体开闭机构62]，再进入检测判断[机构关闭？63]，如果没有关闭，就再次进入[启动液体开闭机构62]；如果已关闭，就进入[休眠64]状态，医护人员取下输液针头，等待操作命令，然后进入检测判断[键按下？65]，如果没有按下，就返回进入[休眠64]，如果已按下，就进入[二次启动液体开闭机构66]，再进入检测判断[液体开闭机构开启？67]，如果没有开启，就返回进入[二次启动液体开闭机构66]；如果已开启，就进入[二次休眠68]，此时就可以将本发明便携式输液监控器从输完液的输液管上取下，卡入另一个正在进行输液的输液管上，再进入检测判断[键按下？69]，如果没有按下，就返回进入[二次休眠68]继续等待，如果已按下，就重新返回进入[液位检测57]，进入新的操作流程。
图10为图8所示便携式输液监控器的系统框图的电路连接图，图中所有VCC代表电路上的同一点，所有VCC1代表电路上的同一点，所有VCC2代表电路上的同一点，所有VREF代表电路上的同一点，中央微处理器单元40的微机芯片型号可以为MSP430F2012，中央微处理器单元40对其他电路单元进行综合管理、数据处理，是便携式智能输液报警器的核心部件；
红外发射电路单元41由电阻R1、R2、R3、集成运算放大器U1、三极管Q、红外发射管D2组成，红外发射电路单元41的R1的输入端、集成运算放大器U1的正极分别与中央微处理器单元40的引脚6和引脚9相连，红外发射电路单元41的红外发射管D2的正极与电源BT的正极相连，集成运算放大器U1的负极接地；
红外接收调理电路单元42由红外接收二极管D3、电阻R4、集成运算放大器U4组成，其中集成运算放大器U4的负极接地，红外接收调理电路单元42的集成运算放大器U4的正极、电阻R4的输入端分别与中央微处理器单元40的引脚9和引脚8相连；
电机驱动及电机检测电路单元43由电机驱动芯片U3、电阻R5、R6组成，电机驱动及电机检测电路单元43的电机驱动芯片U3的引脚1和引脚4分别与中央微处理器单元40的引脚13和引脚5相连接；电机驱动芯片U3的引脚8和引脚5接电机的两个电源线，控制电机的正反转，电机驱动芯片U3的引脚6与电源相连，检测电路的输出端电机驱动芯片U3的引脚7通过电阻R6接中央微处理器单元40的引脚9，进行电机状态的反馈控制检测；
其中电机驱动芯片U3的型号为SSM2301；
功耗管理电路单元44由中央微处理器单元40引脚5和引脚(VCC2)、中央微处理器单元40内部功耗管理电路等组成，中央微处理器单元40可控制外围电路的功率损耗，需要工作的电路单元给电，不需要工作的电路单元不给电或者尽可能的少给电，中央微处理器单元40自己不需要工作时可休眠降低功耗，对于电池供电系统来说，降低功耗可延长充电电池连续工作时间，提高充电电池使用效率；
可充电电池及电池检测电路单元45由充电电池BT、二极管D1及微处理器内的电压检测电路组成。其输出端(VCC)与中央微处理器单元40的引脚1相连接，中央微处理器单元40可检测电池电量，电池电量将要耗尽时提前报警，通知医护人员对电池及时充电，避免电池过放电而损坏。
按键电路单元46由K1组成，K1一端接中央微处理器单元40的引脚10，一端接地。对按键的操作，可实现启动、停止、解除报警等功能。
声响电路单元47由压电蜂鸣器片SPK组成，其两端接中央微处理器单元40的引脚8和引脚2，声响电路的单元可实现声响输液报警、按键辅助声响、故障声响报警等功能。
指示灯电路单元48由电阻R7和发光二极管D4组成，一端接中央微处理器40的引脚12，一端接VCC，可为本设备提供的启动、自检示意指示、运行、电池欠压等指示功能。
复合接口49由插座J1组成，复合接口49的输入端与电源正极、中央微处理器单元40的引脚10和引脚11相连，复合接口49的电源另一端接地，通过组合接口可实现对中央微处理器40编程、电池充电、无线通信的频道、地址设定等功能。
无线通信电路单元50由微功耗射频芯片U2、晶振X、电阻R9、电容C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、电感L0、L1、L2、L3组成，微功耗射频芯片U2的引脚1、引脚2、引脚7、引脚6、引脚20分别与中央微处理器单元40的引脚5、引脚4、引脚2、引脚3、引脚7相连，射频输出端接天线MT，中央微处理器40通过控制无线通信单元50向远程控制台51发射和接收数据及命令，可实现输液报警、电池欠压报警、运行状态信息传输、通信频道和地址的设定、设备故障报警等功能，天线TX布局在电路板上为印制板天线，组成天线MT；
其中微功耗射频芯片U2的型号为nRF24L01。
Claims (5)
1.便携式输液监控器，其特征在于：主要包括壳体(1)、固定在壳体(1)内部的输液管开闭机构(2)、液位检测机构(3)和固定在壳体(1)内部的检测控制电路部分(4)；
其中，检测控制电路部分(4)主要包括中央微处理器单元(40)、红外发射电路单元(41)、红外接收调理电路单元(42)、电机驱动及电机检测电路单元(43)、功耗管理电路单元(44)、可充电电池及电池检测电路单元(45)、按键电路单元(46)、声响电路单元(47)、指示灯电路单元(48)、复合接口(49)和无线通信电路单元(50)，其结构为：中央微处理器单元(40)分别并联红外发射电路单元(41)、红外接收调理电路单元(42)、电机驱动及电机检测电路单元(43)、功耗管理电路单元(44)、可充电电池及电池检测电路单元(45)、按键电路单元(46)、声响电路单元(47)、指示灯电路单元(48)、复合接口(49)和无线通信电路单元(50)；
红外发射电路单元(41)、红外接收调理电路单元(42)与液位检测机构(3)的红外发射器(31)和红外接收器(32)相连；
电机驱动及电机检测电路单元(43)与输液管开闭机构(2)的电机(17)相连接；
中央微处理器单元(40)固化了便携式输液监控器的监控方法。
2.根据权利要求1所述的便携式输液监控器，其特征在于：便携式输液监控器的监控方法为：
第一步，开机，初始化系统；第二步，检测输液管开闭机构(2)的开闭情况；第三步，通过液位检测机构(3)对液面进行检测；第四步，通过无线通信电路单元(50)对远程控制台(51)进行信息传送；第五步，有应答就关闭输液管开闭机构(2)，系统进入休眠；第六步，没有应答，就启动声光报警，并关闭输液管开闭机构(2)，系统进入休眠；第七步，按下复位键，恢复到初始状态，进行下一个工作流程。
3.根据权利要求1所述的便携式输液监控器，其特征在于：壳体(1)为长方体壳体，壳体(1)的前端面上设置有一个与输液管(5)相配合的卡槽(6)，在卡槽(6)内侧两边至少设置两个卡块(7)。
4.根据权利要求1所述的便携式输液监控器，其特征在于：液位检测机构(3)主要包括：红外线发射器(31)和红外线接收器(32)，其结构为：液位检测机构(3)固定在壳体(1)的中上部，红外线发射器(31)和红外线接收器(32)成一条水平线，分别固定在壳体(1)的卡槽(6)两侧。
5.根据权利要求1所述的便携式输液监控器，其特征在于：输液管开闭机构(2)主要包括：弹片(10)、滑杆(11)、连杆(12)、偏心轮(13)、轴(14)、减速器(16)、电机(17)、开启限位挡块(18)、关闭限位挡块(19)、托板(21)和弹片固定块(36)，其结构为：输液管关闭机构(2)固定在壳体(1)的中下部，弹片(10)的上部分固定在弹片固定块(36)上，弹片固定块(36)固定在壳体(1)左边内侧的内表面上，弹片(10)设置有通孔(22)，滑杆(11)的左端套装在通孔(22)内，滑杆(11)的右端固定在连杆(12)左侧盲孔(24)内，连杆(12)的右侧设置有一个右通孔(15)，电机(17)通过轴(14)自上而下连接减速器(16)和偏心轮(13)，偏心轮(13)套装在右通孔(15)内，偏心轮(13)上设置有一个与轴(14)接头部分相配合的半圆孔(23)，偏心轮(13)的下底面上固定有一个限位块(20)，托板(21)固定在壳体(1)的右边内侧的内表面上，在托板(21)的左右两侧分别固定有关闭限位挡块(19)和开启限位挡块(18)。
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