CN108114344A - 一种输液袋液位智能检测和报警装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种输液袋液位智能检测和报警装置。本发明的另一个技术方案是提供了一种基于上述装置的输液袋液位智能检测和报警方法。本发明所设计的装置是利用电容的变化来检测输液袋的液位，结合了单片机的智能控制和检测使系统具有体积小、灵敏度高、抗干扰能力强、易于设定、误差小的特点。整个系统结构简洁，并且可以从软件和电路两方面来确保测量的准确性。检测系统可以实时监测输液袋液位的变化，当液位到达警戒线时能够及时准确的产生报警信号，这样就降低了医护人员的劳动强度。整个系统的除了应用于输液方面，其他一些领域的液位检测同样可以适用，具有很好的生产推广价值。

Description

一种输液袋液位智能检测和报警装置及方法

技术领域

本发明涉及一种实现对输液袋内液位实时检测及报警的装置以及采用该装置的方法。

背景技术

目前，在检测液位高度时，有以下两种测试方法：

(1)在测量液位时，使用拉力传感器测量输液瓶内液体的重量，从而间接测量得到液位。具体结构是：将拉力传感器接在滑轮和储液瓶之间，利用液位高度变化和拉力变化之间的线性关系进行间接测量。

这种测量方式的缺陷是：设备体积过大，测量结果与液体的重量直接相关，但与液位是间接相关，导致在实际使用中不够灵活，同时也会带来一定的误差，造成不必要的麻烦。

(2)利用超声波测量液面高度。利用超声波在不同物质、不同密度内传播速度不同的原理，通过检测超声波发射后的回波时间来检测超声波穿过物质的时间。具体结构是：利用单片机定时控制超声波的发射，利用中断接收检测到的回波，然后经单片机的数据处理获得回波的时间参数。

在上述系统中，可预先测定液位到达警戒线时的回波的时间，然后将每次测量结果与此进行比较，便可得知是否到达警戒液位。但超声波探测不可避免地存在一些盲区，盲区的大小与相应的单片机处理速度相关。在对精度要求较高的场合，还需加入温度补偿模块及相应的软件算法以配合超声探测随环境温度的改变所产生的变化。考虑到软、硬件的复杂程度及要求的测量精度，以及检测输液瓶的液位时存在液体的表面波动，使用超声波传感器检测液面会产生较大的误差，同时超声波传感器在安装方位的确定上也是一大难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种便捷且精度更高的测量输液袋内液位的装置以及采用该装置的方法。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种输液袋液位智能检测和报警装置，其特征在于，包括对称贴于输液袋两侧的两片金属贴片，两片金属贴片的面积一定且相等，两片金属贴片分别与一根导线相连，导线连接液位智能检测及报警单元；

液位智能检测及报警单元包括51单片机，51单片机的频率输入端与RC振荡电路的输出端相连，RC振荡电路由振荡电阻、放大电路、金属贴片、导线共同连接形成，51单片机的控制信号输出端连接振荡控制电路，51单片机通过振荡控制电路控制RC振荡电路的工作状态，51单片机的报警信号输出端与报警电路相连。

本发明的另一个技术方案是提供了一种基于上述装置的输液袋液位智能检测和报警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将输液袋的最低允许液位设置为预警液位，51单片机通过振荡控制电路给RC振荡电路供电，RC振荡电路工作，由51单片机测量得到此时的频率，将该频率作为预警频率存储；

步骤2、在病人输液过程中，51单片机通过振荡控制电路定时给RC振荡电路供电，RC振荡电路得电后，51单片机实时测量得到RC振荡电路的实时频率，将实时频率与预警频率相比较，若没有达到预警频率，则在下一个周期继续测量实时频率，若达到预警频率，则控制报警单元产生告警。

优选地，在所述步骤2中，RC振荡电路得电后，所述51单片机测量得到RC振荡电路的n个频率，n＞2，将n个频率的均值作为所述实时频率。

优选地，在所述步骤1及步骤2中，51单片机对测量得到的频率进行线性化处理。

为了克服现有对输液的液位检测中的技术不足，本发明采取了以下措施：

1)利用在输液袋两侧设置金属贴片并结合振荡电路和频率检测电路，把输液袋的液位变化和电容的变化对应起来，可以实现对输液袋液位的准确测量。

2)利用单片机作为输液袋液位检测系统的核心，单片机作为智能检测和控制的中心，使得系统的测量和控制更加的精确，而整个系统也可以做的更加紧凑，便于在现场的安装和使用。

3)由于有单片机的智能运算和控制，可以在软件上采取措施，避免误差的产生；同时可以通过对电容变化的分段线性处理及对振荡电路中电阻R的选择，可以有效扩展液位变化时所对应的频率变化范围，从而使警戒液位能够得到明显的识别，使检测更准确。

本发明所设计的装置是利用电容的变化来检测输液袋的液位，结合了单片机的智能控制和检测使系统具有体积小、灵敏度高、抗干扰能力强、易于设定、误差小的特点。整个系统结构简洁，并且可以从软件和电路两方面来确保测量的准确性。检测系统可以实时监测输液袋液位的变化，当液位到达警戒线时能够及时准确的产生报警信号，这样就降低了医护人员的劳动强度。整个系统的除了应用于输液方面，其他一些领域的液位检测同样可以适用，具有很好的生产推广价值。

附图说明

图1为输液袋液位智能检测系统的系统原理图；

图2为利用贴片电容来检测液位及感知液位变化的示意图；

图3为对液位进行检测的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明提供了一种输液袋液位智能检测和报警装置，通过贴附于输液袋两侧的金属薄片间电容的检测，可以可靠的检测出输液袋的液位变化情况，当输液袋的液位降低到警戒液位时能够及时的发出报警信号，在对病人提供可靠看护的同时，提高了看护的效率。在硬件设计上，结合单片机的应用，可以可靠的检测出输液袋液位变化时所对应的电容的变化情况，而且贴片电容附着于输液袋两侧，当输液袋的液位变化时，输液袋的体积在负压的作用下变化非常稳定，不受外界干扰的影响，因此检测的结果相对的更加稳定可靠。同时，由于系统采用的是智能检测技术，使系统的体积更小型化，便于安装和使用。

具体而言，在本发明中，实施对输液袋1液位的检测是用两个薄的金属贴片2贴于输液袋1的两侧，当输液袋1内的液位发生变化时，两金属贴片2间的电容值就会发生相应的变化，此时利用振荡电路把电容通过导线3和固定的电阻构成一个RC振荡器，振荡器的振荡频率和贴片的电容形成对应的关系，通过检测频率的值就可以直观的得出所对应的输液袋内液位的变化情况。在实际的实施中，对于不同容量的输液袋可以设置不同的警戒液位，而这些警戒液位又和一个电容值是一一对应的，也即对应一个特定的频率值，这样就可以通过检测频率是否到达预设的警戒值来决定是否发出报警信号。

由于系统采用的是检测输液袋两侧的金属贴片2所对应的振荡频率来获得液位的，可以通过振荡电路参数的设置选择适当的频率范围，从而可以提高频率的检测精度，即可以获得较为精确的液位变化。同时，这种通过测量贴片电容获得液位的方法对液位的晃动变化不敏感，对其他来源的光电干扰也不敏感，因此可以获得稳定的测量效果。

为了实现对输液袋液位的智能检测，在本方案中我们使用的是51单片机作为系统的核心。利用51单片机的计算和处理能力，定时的控制振荡电路工作并检测振荡电路所产生的振荡频率。在需要检测频率时在单片机的控制下使振荡电路通电，振荡电路工作，而在不检测液位时振荡电路是不工作的，这可以避免电阻一直通电情况下由于温度的变化会使阻值产生变化而影响振荡器的频率的准确性。对振荡器输出信号进行一定处理可以获得振荡的频率，并把这个频率和预设的警戒液位时的频率做对比。如果测得振荡的频率没有达到警戒值则继续在下一时刻继续检测频率，直到测得的频率达到警戒值时发出报警信号。由于使用单片机作为检测系统的核心部件，可以使系统更加的智能化，实现检测报警等多项功能。

在软件方面可以设定每秒测一次，以及每次振荡器电路工作测两次频率，取平均值，这样可以避免测量上的误差，使测量的结果更准确。另一方面，在输液袋两侧用金属贴片形成的电容的数值变化是非线性的，可以通过软件划定不同的区间做线性化的处理，就可以有效的提过测量的精度。另外，在测量的精度方面通过RC振荡器的电阻选择可以使得振荡的频率能够有足够的变化幅度来反映输液袋液位的变化，即把频率的变化范围增大，可以使检测电路能够从数值上足够明显的区别液位的变化，尤其是靠近警戒液位时液位的变化。

本发明具有如下特点：

(1)在液位检测采用对输液袋电容的变化来检测输液袋内的液体的液位变化，利用两个固定面积的贴片放置于输液袋的两侧，当输液袋内的液体有变化时，输液袋的体积收缩，贴片电容的电容量发生变化，而且这种变化不会受到其他因素的直接干扰，因此具有抗干扰性强的优点。

(2)本发明采用单片机作为系统的核心对输液袋的液位进行检测，通过输液袋的液位变化所引起的电容的变化，利用频率检测电路使频率和电容值对应起来，可以准确的检测到电容的微小改变，从而能够及时准确的判断出输液瓶的液位是否到达警戒水平。由于采用的是智能化检测方法，因此系统使用的硬件可以更少，使整个检测系统的体积可以更小更轻便，便于整个系统在实际应用中的安装和使用。

(3)本系统利用单片机并结合对输液袋电容的检测，可以从系统的软件方面对采集到的频率进行稳健的处理和判断。在采集的过程中，可以通过增加检测的间隔时间来获得稳定可靠的液位变化。在实际检测中可以每秒钟检测一次频率，这样可以减少直接晃动对输液瓶液位的影响，也可以降低检测电路由于长时间通电所受到的元器件参数变化引起的影响。

Claims (4)

1.一种输液袋液位智能检测和报警装置，其特征在于，包括对称贴于输液袋(1)两侧的两片金属贴片(2)，两片金属贴片(2)的面积一定且相等，两片金属贴片(2)分别与一根导线(3)相连，导线(3)连接液位智能检测及报警单元；

液位智能检测及报警单元包括51单片机，51单片机的频率输入端与RC振荡电路的输出端相连，RC振荡电路由振荡电阻、金属贴片(2)、导线(3)共同连接形成，51单片机的控制信号输出端连接振荡控制电路，51单片机通过振荡控制电路控制RC振荡电路的工作状态，51单片机的报警信号输出端与报警电路相连。

2.一种基于权利要求1所述装置的输液袋液位智能检测和报警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将输液袋(1)的最低允许液位设置为预警液位，51单片机通过振荡控制电路给RC振荡电路供电，RC振荡电路工作，由51单片机测量得到此时的频率，将该频率作为预警频率存储；

步骤2、在病人输液过程中，51单片机通过振荡控制电路定时给RC振荡电路供电，RC振荡电路得电后，51单片机实时测量得到RC振荡电路的实时频率，将实时频率与预警频率相比较，若没有达到预警频率，则在下一个周期继续测量实时频率，若达到预警频率，则控制报警单元产生告警。

3.如权利要求2所述的一种输液袋液位智能检测和报警方法，其特征在于，在所述步骤2中，RC振荡电路得电后，所述51单片机测量得到RC振荡电路的n个频率，n＞2，将n个频率的均值作为所述实时频率。

4.如权利要求2所述的一种输液袋液位智能检测和报警方法，其特征在于，在所述步骤1及步骤2中，51单片机对测量得到的频率进行线性化处理。