CN208049131U - 一种智能输液监控装置 - Google Patents

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张惠国
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本实用新型公开了一种智能输液监控装置,包括监控总站、若干从站,以及各从站与监控总站之间的数据通信线路;所述从站包括主控制芯片及分别与其连接的输液信号采集单元、液滴显示单元、速度控制单元和数据通信单元;其中输液信号采集单元完成输液信号的采集工作,主控制芯片处理完毕后一方面控制液滴显示单元显示输液速度信息,另一方面根据设定的输液速度控制速度控制单元对输液速度进行调整,同时数据通信单元将信息传送至监控总站,监控总站对各从站的输液情况进行实时监控。当输液结束或出现异常情况时,各床位从站的监控仪进行声光报警,并向主站发送报警信号,等待护士前来处理。整个装置简单实用,可应用于门诊输液系统中。

Description

一种智能输液监控装置
技术领域
本实用新型涉及医疗安全技术,特别涉及一种智能输液监控装置。
背景技术
静脉输液是临床医学中的一个重要的治疗手段和医学监护的一项重要内容,在各个医院的医疗工作中被广泛应用,据统计住院输液率为70%~80%。静脉输液不仅是一种重要的给药途径,而且还是给患者补充体液、营养的重要方法。在输液过程中,输液速度是一个很重要的参数,一般要根据患者年龄、病情和药物种类等因素来分别确定。同时,在静脉输液过程中,必须有人陪护,以防鼓包等事故发生,尤其对术后几乎需要24小时不间断输液的患者的监护,更是让护理者身心憔悴。当护理者发生困倦时,极易发生事故。通过调查得知,目前几乎所有医院因种种原因仍没有采用输液监控系统,而是采用传统的输液方法,即将液体容器挂在一定高度,利用液体静压原理与大气压的作用使液体下滴,将大量灭菌药液直接滴入静脉内,从而达到治疗目的。用软管夹对软管夹紧和放松控制滴速,医护人员按药剂特性对滴速进行控制。由于这种滴速控制是通过肉眼观察进行估计的,需要根据经验来调节,使得点滴流速不够准确,影响了治疗效果,以至危害病人健康。当液体输完时,如床旁无陪护或医护人员未及时换药或拔针头,将会出现回血等情况。为此患者家属需要陪同病人并且不断地观察输液情况这样容易导致交叉感染,患者也得不到良好的休息,影响治疗质量和患者康复。同时,护士也需要不停地巡视病房,增加工作负荷,有时甚至还会产生医疗纠纷。基于以上情况,设计实现一种智能输液监控系统,对治疗过程采用自动化监控和管理是发展的必然趋势。
国外对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。早在几年前,发达国家许多住院床位就已经配备了输液泵。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。我国只是在一些大医院才有部分配备,且大多是国外产品,类型多样,性能较好,如日JMS株式会社的OT.601型输液泵(控制精度为10%)和SP-500型注射泵,美国、德 国、以色列等国家也有性能较好的产品。但是价格普遍比较昂贵,在几千元人民币左右,使大部分三级甲等以下医院望尘莫及。国内对输液装置的研制起步较晚,大都在九十年代中期开始研究,市场上也有一些国产输液装置,如北京科力丰高科技发展有限责任公司的ZNB系列产品。不过总体来说其功能也只是侧重于精确输液控制,种类较少,性能也需改进,加上不菲的价格,所以也只能是和进口输液泵争一点市场份额,未能在各医院大面积的推广普及。由于规范操作下,输液阻塞、气泡混入是可以避免的,因此输液速度的控制和输液完成报警成为了人们更为关心的问题。而且输液完成报警器的研制也成为近年来的一个热门项目,根据前年对国家知识产权局专利信息的查询,已有67种输液完成报警器专利技术,但由于各专利技术或多或少都存在着这样或那样的缺陷,诸如安全性、可靠性、成本及可操作性等问题,致使真正转化为产品的专利并不多。作为一种医疗器械,稳定性、安全性、可靠性是基础,作为一种只有普及到每一位输液病人才有实际意义的产品,使用方便和足够低的价格又是一种基本要求,所以,这种产品即便安全性、可靠性得到了充分保证,但如果没有简便的操作和足够低的价格作支撑,想要顺利推广也是不可能的。
我国是世界上拥有医院最多的国家,具有庞大的消费群体。近几年来,由于政府的支持,医疗器械发展迅速。医疗器械是壁垒较高的行业,并且属于国家重点鼓励发展的行业。按照原国家经贸委指定的《医疗器械行业“十五”发展规划》,到2015年我国医疗器械总产值将达到1000亿元,在世界医疗器械市场上的份额将占到5%;到2050年这一份额将达到25%,成为世界一流的医疗器械制造强国。目前国内尚未完全解决输液时的自动监控问题。因此,将嵌入式系统技术应用于输液监控装置的研究势在必行。
鉴于上述已有技术,本申请人作了有益的设计,下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
实用新型内容
本实用新型目的是:提供一种智能输液监控装置,具有结构简单、检测全面、成本低廉、稳定度较好等优点,具有良好的应用价值。
本实用新型的技术方案是:
一种智能输液监控装置,包括监控总站、若干从站,以及各从站与监控总站之间的数据通信线路;所述从站包括主控制芯片及分别与其连接的输液信号采集单元、液滴显示单元、速度控制单元和数据通信单元;其中输液信号采集单元完成输液信号的采集工作,通过脉冲整形单元和A/D转换单元把采集到的模拟信号变为数字信号以便主控制芯片进行处理,主控制芯片处理完毕后一方面控制液滴显示单元显示输液速度信息,另一方面根据设定的输液速度控制速度控制单元对输液速度进行调整,同时数据通信单元将信息传送至监控总站,监控总站对各从站的输液情况进行实时监控。
优选的,所述的主控制芯片采用AT89C52单片机。
优选的,所述速度控制单元采用ULN2001A驱动步进电机,步进电机为四相八拍控制电机。
优选的,所述输液信号采集单元包括分别分别设置于滴斗两侧的红外发射器和光电二极管,红外发射器发出红外光后,光线穿透滴斗后照射到光电二极管,光电二极管将照射到它上的光线转换成电流信号进行输出,滴斗有液体滴下时,光电二极管接收到比较弱的光信号,光电二极管输出的电流信号转换成电压信号,把检测的信号进行整形后送入单片机处理,计算液滴的速度。
优选的,所述脉冲整形单元使用单稳态触发器对输出波形进行整形。
优选的,所述液滴显示单元包括键盘电路和显示电路,所述的键盘电路采用机械触点式按键开关,所述显示单元采用LCD。
优选的,所述声光报警单元采用一个蜂鸣器与一个发光二极管实现声光报警;单片机通过对液滴计数计算出剩余液体体积达到预设值或传感器检测不到有液滴下落时,从站单片机控制蜂鸣器和报警灯工作,在发出声光报警的同时向监控总站发出报警信息。
优选的,所述监控总站采用PC上位机,所述数据通信单元实现单片机和上位机之间的数据通信;PC上位机的RS232串行口通过RS232/RS485转换器转换为RS485总线,各从站的单片机通过MAX485芯片连接到RS485总线上。
优选的,还包括电源单元,所述电源单元采用+5V单电源,分别为各模块提供+5V工作电压。
本实用新型的优点是:
1.本实用新型所提供的智能输液监控装置,实现了一种由单片机控制的液滴速度监控和液位报警装置,为临床医师提供可靠的数据,对患者的抢救及治疗提供一些帮助。该系统采用红外发送接收装置用于将液滴滴下一滴的信息转化为电信号传入单片机,经过单片机计算其滴液速度,在LCD显示屏上显示,通过步进电机达到控速的目的。
2.本实用新型在实际应用当中分为各床位输液监控装置(从站)及监控中心(主站)两部分,以便对多床位进行远程监控。监控中心PC显示各床位的输液情况。当输液结束或出现异常情况时,各床位(从站)的监控仪进行声光报警,并向主站发送报警信号,等待护士前来处理。整个装置简单实用,可应用于门诊输液系统中。
附图说明
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述:
图1为本实用新型所述的智能输液监控装置整体系统框图;
图2为本实用新型所述的输液信号采集单元及信号整形电路原理图;
图3为本实用新型所述的键盘电路原理图;
图4为本实用新型所述的LCD显示模块电路原理图;
图5为本实用新型所述的电源单元原理图;
图6为本实用新型的声光报警电路电原理图。
图7为本实用新型的RS485/RS232转换电路电原理图。
具体实施方式
如图1所示,本实用新型所揭示的一种智能输液监控装置,包括由PC机构成的主站、由AT89C52单片机为核心的各个从站以及主从站之间的数据通信线路。根据前面的方案论证,从站电路主要包含以下几个模块:输液信号采集单元、脉冲整形和A/D转换单元、液滴显示单元、声光报警单元、数据通信单元和单片机外围电路等。其中输液信号采集单元完成输液信号的采集工作,脉冲整形和A/D转换单元把采集到的模拟信号变为数字信号以便单片机进行处理,单片机处理完毕后一方面显示输液速度等信息,另一方面根据设定的输液速度对输液速度进行调整,同时通过CAN总线将信息传送至PC上位机。而在PC上位机中可以通过设计的监控软件对各从站的输液情况进行实时监控。
如图2所示,输液信号采集单元是本系统设计中重要的部分之一,能否准确的对滴速测量是对滴速进行控制的关键。滴速检测采用红外检测技术,在滴管处对输液速度进行测量。红外发射器发出红外光后,光线穿透滴斗后照射到接收二极管,接收二极管将照射到它上的光线转换成电流信号进行输出。如果此时滴斗中没有液滴滴下,光线衰减就比较小,照射到光电二极管电流比较强;如果此时滴斗有液体滴下,由于液滴挡了一下光线,药液对光线具有吸收和散射作用,这样光电二极管接收到比较弱的光信号。将光敏二极管输出的电流信号转换成电压信号,把检测的信号进行整形后送入单片机处理,就可以计算出液滴的速度。在检测过程中,将滴管放在检测光线的中间,由于外部光线的影响以及液滴的表面是曲面状的,使其测量产生的波形不稳定,干扰较大。为了提高系统的稳定性和精确度,需要使用单稳态触发器对输出波形进行整形。单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。经过触发信号的作用电路由稳态变到暂稳态,暂稳态是一个暂时的状态,由于RC电路延时的作用,经过一段时间后又自动恢复到稳定状态,并且在输出端可以获得一个脉冲宽度一致的矩形波。单稳态触发电路中,输出的矩形脉冲宽度其实就是暂稳态的时间,它的长短取决于电路的参数值。这里我们采用555定时器组成单稳态触发器。由于正常输液速度为40-100滴/分,以最快速度计算,每分100滴,则每一滴液滴通过的最短时间大约为0.6秒,取R6=100K,C=luF可由公式(3.1)得暂稳态时间为:
tw=RCln3=1.1×10-4 秒 (3.1)
tw<Tmin可以有效避免两个液滴间的干扰。555单稳电路可以很好的整形。液滴检测电路得到的波形,由于555单稳态触发器是下降沿触发,所以经过反相器后输出,信号B的下降沿触发单稳电路使其进入暂稳态,同时使输出变为高电平;暂稳时间到了后,使输出又变为低电平。如此重复作用就形成了稳定的输出波形。
如图3所示,键盘电路,它能提供标准的TTL逻辑电平,以便与通用数字系统的逻辑电平相容。机械式按键再按下或释放时,由于机械弹性作用的影响,通常伴随有一定时间的触点机械抖动,然后其触点才稳定下来。(1)检测有无按键按下,并采取硬件或软件措施,消除键盘按键机械触点抖动的影响。(2)有可靠的逻辑处理办法。每次只处理一个按键,其间对任何按键的操作对系统不产生影响,且无论一次按键时间有多长,系统仅执行一次按键功能程序。(3)准确输出按键值(或键号),以满足跳转指令要求。
如图4所示,LCD显示模块电路原理图,显示单元采用LCD,LCD有以下显著特点:(1)低压微功耗:工作电压只有3~5V,工作电流只有几个微安。因此它成为便携式和手持仪器仪表的显示屏幕。(2)平板型结构:LCD内由两片平行玻璃组成的夹层盒,面积可大可小,且适合于大批量生产,安装时占用体积小,减小了设备的体积。(3)被动显示:液晶本身不发光,而是靠调制外界光进行显示。因此适合人的视觉习惯,不会使人的眼睛疲劳。(4)显示信息量大:LCD的像素可以做得很小,相同面积上可容纳更多信息。(5)没有电磁辐射:在其现实期间不会产生电磁辐射,对环境无污染,有利于人体健康。(6)寿命长:LCD器件本身无老化问题,寿命极长。
如图5所示,电源电路原理图,本设计中由于系统所选用的单片机是AT89C52,它的标准工作电压为+5V,采集所用的红外发光二极管和接受三极管以及通讯所用的CAN总线适配器等电路它们的工作电压都是+5V,因此在本设计中采用单电源方案,单电源方案的优点是系统简单、工作可靠。此外由于设计到对步进电机的控制,步进电机及驱动电路由UN2001N驱动,需要+5V电压。因此我们的目标是设计出一个能够提供+5V的电源,其电路如图5所示。
如图6所示,声光报警电路电原理图,采用一个蜂鸣器与一个发光二极管实现声光报警。当单片机通过对液滴计数计算出剩余液体体积达到预设值或传感器检测不到有液滴下落时,从站单片机控制蜂鸣器和报警灯工作,在发出声光报警的同时向PC主站发出报警信息,在PC机上的主操作页面上,用红色代表报警。 为了不影响别的病人发出报警声后可断开S5键取消蜂鸣器使系统更加人性化。
如图7所示,RS485/RS232转换电路电原理图,在本系统中主要是用于对一远程输液系统的实时监测,这就需要一个通信电路把远程的监控对象数据实时的采集传送给上位监控系统(PC机)。在设计中通过RS-485把下位机的检测系统与上位机(PC机)连接起来,实现正确的数据交换,可以从根本上提高检测系统的执行效率。而下位机和PC机的连接,直接体现在DNC(Direct Numerical Control or Distributed Numerical Control)用一个上位机(PC机)对多台下位机进行控制,完成单片机的数据传输的通信技术。在本设计中将RS-485串口通信与现场总线的优势结合起来。利用RS232口与现场总线的数据转换构成网络检测系统,可实现一台系统主机控制多台检测系统。上位机(PC机)的RS232串行口通过RS232/RS485转换器转换为RS485总线,各下位机通过MAX485芯片连接到总线上。各个下位机设有自己唯一的地址,且下位机之间不能通讯,一切通讯受上位机(PC机)控制开始时,下位机都处于监听状态,等待上位机发出指令。当上位机发出指令时,所有下位机都接收并且将其中的地址帧与自己的地址比较,如果相同则继续解释后面的指令或数据,若不同则不予理睬。在本设计中的通信电路的硬件电路设计主要就是通信节点电路的设计,通信结点电路由RS485/232接口电路、单片机和电源电路组成。RS485/RS232接口电路的主要作用是实现RS485电平和RS232电路之间的转换,其电路如图7所示。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施,并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能输液监控装置,其特征在于:包括监控总站、若干从站,以及各从站与监控总站之间的数据通信线路;所述从站包括主控制芯片及分别与其连接的输液信号采集单元、液滴显示单元、速度控制单元和数据通信单元;其中输液信号采集单元完成输液信号的采集工作,通过脉冲整形单元和A/D转换单元把采集到的模拟信号变为数字信号以便主控制芯片进行处理,主控制芯片处理完毕后一方面控制液滴显示单元显示输液速度信息,另一方面根据设定的输液速度控制速度控制单元对输液速度进行调整,同时数据通信单元将信息传送至监控总站,监控总站对各从站的输液情况进行实时监控。
2.根据权利要求1所述的智能输液监控装置,其特征在于:所述的主控制芯片采用AT89C52单片机。
3.根据权利要求2所述的智能输液监控装置,其特征在于:所述速度控制单元采用ULN2001A驱动步进电机,步进电机为四相八拍控制电机。
4.根据权利要求2所述的智能输液监控装置,其特征在于:所述输液信号采集单元包括分别分别设置于滴斗两侧的红外发射器和光电二极管,红外发射器发出红外光后,光线穿透滴斗后照射到光电二极管,光电二极管将照射到它上的光线转换成电流信号进行输出,滴斗有液体滴下时,光电二极管接收到比较弱的光信号,光电二极管输出的电流信号转换成电压信号,把检测的信号进行整形后送入单片机处理,计算液滴的速度。
5.根据权利要求2所述的智能输液监控装置,其特征在于:所述脉冲整形单元使用单稳态触发器对输出波形进行整形。
6.根据权利要求2所述的智能输液监控装置,其特征在于:所述液滴显示单元包括键盘电路和显示电路,所述的键盘电路采用机械触点式按键开关,所述显示单元采用LCD。
7.根据权利要求2所述的智能输液监控装置,其特征在于:所述监控总站采用PC上位机,所述数据通信单元实现单片机和上位机之间的数据通信;PC上位机的RS232串行口通过RS232/RS485转换器转换为RS485总线,各从站的单片机通过MAX485芯片连接到RS485总线上。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的智能输液监控装置,其特征在于:还包括电源单元,所述电源单元采用+5V单电源,分别为各模块提供+5V工作电压。
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