基于AT89C51单片机《医院输液监控系统》.pdf

兰州理工大学毕业设计说明书 引言 静脉输液是临床医疗工作中常用的辅助治疗手段，在我国临床应用非常广泛，是一种利用液体静压原理使液体下滴，经静脉输入大量无菌溶液或药物的治疗方法。在进行静脉输液的过程中，需要根据输注的药物和患者的病情对输液进度进行实时监控。目前，普遍采用人工方式进行监控，对病人来说，存在很多潜在的危险。当输液瓶中的药液输完或药液发生堵塞时，医护人员若未能及时处理，就会发生回血或其他危险，给病人造成痛苦甚至发生医疗事故。目前，国家在医疗体制改革和医学模式转变过程中，静脉输液在医疗中占有重要的地位。针对现有静脉输液中存在的问题，采用光电检测、单片机和通信技术，设计了输液自动监控装置，它能够轻松地实现对液体滴速的检测显示与控制，当输液液体低于设定位置时的声光报警，并通过串行口与主机相连，实现远程集中控制功能。该装置的使用在增加输液安全性的同时也减少了医护人员的劳动。兰州理工大学毕业设计说明书 摘要 针对目前我国大部分医院在对病人进行静脉输液治疗是医护人员监护任务繁重的问题，设计了一套面向所有大中小医院和诊所的医院输液监控系统。本系统以 PC 为上位机作为整个系统的控制监控中心，用单片机 AT89C51 为核心作为下位机通过光电传感器对吊瓶的液位进行检测及报警，并对滴速进行精确地检测与控制。上位机与下位机用RS485 总线进行串行通信，能够使医护人员实时了解输液状态。论述了该系统的检测原理、总体结构、主要功能部件设计和软硬件系统的组成。该系统低功耗、成本低、性能稳定、便于携带、实用性强。关键词：输液监控、AT89C51、串行通信、RS485 兰州理工大学毕业设计说明书 Abstract Aiming at the heavy problem of nurses in most of our hospitals when carry on transfusion to the patients currently and then designed a set of system which is called fluid infusion supervision system.It is faced to all the hospitals and clinic.This system take the PC as its master machine.The PC is the controler of the whole system.Take the single chip AT89C51 as a core of the next machine which will test and display the level of the liquid bottle.It can examine and control the speed of lose a liquid accurately.PC communicate with single chip by the total line of RS485.It can make the nurses know the status of loses liquid while patients take the personnel solid.Discussed the constituting of examination principle,total structure and main function parts design and the constitution of software and hardware system.The system is low achievement consumes,low cost and stable function and easy to take,the function is strong.Keywords:Supervision of transfusion;AT89C51;signal communication;RS485 兰州理工大学毕业设计说明书 第 1 章 绪论 1.1 选题背景及依据 静脉输液治疗是临床医疗工作中常用的治疗手段，但目前大多数医院及医疗机构都没有实现输液的自动监控管理，从而在输液过程中，当输液完成需要换药时，需要医务人员发现及时，否则就会出现空气进入血管内形成空气栓赛，凝血堵塞针头等情况，轻则延误治疗，重则会危及病人生命安全，发生医疗事故。平时临床输液中采取的应对措施一般是由患者、陪侍或医务人员随时观察监视药液余量情况，从而加重了护理人员的劳动负担，也不利于病区的综合管理。随着电子技术的发展，结合临床实践，可以开发基于单片机的医院输液监控系统来代替人工监护，即减轻医务人员的工作强度及病人和医务人员不断观察输液是否完成而形成的压力，同时管理系统记录输液过程，并能够作为医疗档案，为解决各种医患纠纷提供证据，又实现医疗护理自动化和智能化。1.2 主要研究内容 课题主要研究系统结构设计，采用主从式结构，输液过程中液位的检测、滴速的检测显示与控制，报警系统的设计，通信系统的设计，传感器及各种器件的选择与计算等。1.3 国内外发展现状 输液在国内具有巨大的市场规模与市场容量。2002 年，我国输液销售总量为 60 亿瓶，销售总额超过 500 亿元。据分析，我国输液的总体市场潜量高达 120 亿瓶。在如此大的输液市场下，医院进行输液用药治疗时，对患者输液进度的监控，普遍由患者、陪护人员或医务人员来进行。一方面影响病人休息和治疗，也给医护人员的高效工作带来了诸多不便。实时输液监控已成为现代医疗中必需的一部分。德国的费森尤斯集团其产品 Orche stra 中的 Base Intensive 是一个提供输液数据管理的输液工作站,主要用于 ICU 病房，让 ICU 医生拥有功能强大的输液管理系统。德国贝朗公司开发的输液治疗监护管理系统，也主要用于 ICU 病房，它集输液治疗监护于一体，具有药物列表输注模式选择、同步信息显示、药物走势记录等功能。医生根据患者病情在药物列表上选中某药，就可以设置该药的输液速度。现在国内这方面的研发还不多,并且耗资巨大。由此可看出，在输液监控方面，国内和国外都在开发大型的、多功能的自动输液监控系统，这些设备在实现强大功能的同时也有很大的体积和不菲的价格，并且很多输液监控系统都是在大型医院集中使用，非常不适用于社区医疗的输液实时监控，不可能在大多数的医疗过程中普遍使用。兰州理工大学毕业设计说明书 第 2 章 系统总体结构设计 根据医院的床位和护理要求，本系统的基本思想是操作的集中化和控制的分散化，即采用分布式控制系统。通过高速的数据通信，把各个分散点的信息集中起来，进行集中的监视和操作。2.1 主要内容、功能及技术指标 1.通过串行通信方式构成主从式结构，PC 作为主机收集各从站的实时信息，从机将各种实时信号送给主机以便实时监控和记录。2.从机由单片机构成，完成对某一输液控制过程的监控。包括：光电传感器、脉冲整形电路、二极管显示电路、声光报警电路等。3.从机数目不少于 32，滴液速度 1/31/5 滴每秒。2.2 系统总体结构设计 该输液监控系统由主站和从站两部分组成（其框图见图 2-1）：第一部分是由计算机PC 和实时监控软件组成的上位机（即主站监控中心）管理监控系统。第二部分是以单片机 AT89C51 为核心及其外围设备构成的智能检测和控制系统。主控 PC 机作为上位机用于监控所有的输液终端输液情况，输液监控终端所检测到的各种数据通过 RS485 总线传送给主控 PC 机，完成系统功能。当吊瓶中的液体低于设定值时，系统自动发出报警信号，提醒医护人员进行相关处理。单片机系统能够完成输液滴速的监测与显示。在输液监控终端选用 RS485 收发器芯片 MAX485 完成由单片机到 RS485 串行数据接口标准的转换。主控 PC 机采用 485HE 外置型 RS232/RS485 转换器，直接插入 PC 机的串口，利用 PC机串口供电，具有接收发送自动转换，无需 RTS 控制，软件兼容广泛。本系统采用 RS485总线主要是因为 RS485 总线在硬件方面具有通信距离远(可达 1219m)，能实现点对多点通信，总线电路简单，安装方便，也克服了 RS232 通信距离近，只适合于点对点的缺点，跟其他总线相比，在软件方面具有总线协议简单的优点。系统包括光电传感器，脉冲整形电路，二极管显示电路，声光报警电路等。从机的数目为 32 个，将这些实时的信息传送到主站以便实时监控和记录。兰州理工大学毕业设计说明书 图 2-1 系统原理图 2.3 系统主要功能 1.可对输液速度进行精确地实时检测与显示；2.当输液的速度与设定的速度不相等时，能通过步进电机对输液速度进行调节；3.能将病人输液进度信息送到主站，医护人员就可以同时对多个病人的输液进度进行监控。可直接把报警信号发送到主站，提醒医护人员进行处理。4.可在输液过程中进行人为地强制报警；同时当液体低于设定位置时，即输液结束时可自动报警；2.4 系统工作原理 系统工作原理如图 2-2 所示,输液液滴的速度 v 可以用 v=KApm表达，其中 A 为流通截面积，取决于管夹对输液软管夹力引起的软管变形的大小，变形越大，流通截面积越小；p 为压差，取决于吊瓶悬挂的高度，悬挂的高度越高，压差越大；K 为比例系数，取决于液体的粘度等一些流体特性；m 为流量特性指数，介于 0.5 到 1 之间。本文利用手动调节输液软管变形的大小，需要什么样的液滴速度，就通过调节手动调节旋钮调整流通截面积。图 3-2 系统工作原理图 吊瓶液面监测系统，用于检测剩余液体的数量，安放在吊瓶悬挂夹上。当剩余液体达到下限时，系统发出报警信号，提示医护人员进行处理。兰州理工大学毕业设计说明书 第 3 章 硬件系统设计 3.1 上位机的设计 上位机采用计算机控制技术，以目前被广泛采用的 PC 机作为多床位的监控中心。建立友好的用户界面，便于医生和护士操作。接收从下位机传输上来的实时数据并显示和报警。整个系统的监控是由上位机的运行的监控软件来完成的。3.2 下位机的设计 下位机以单片机 AT89C51 为核心，辅以必要的外围设备及电路，实现了滴速的检测显示以及吊瓶液位的检测和报警。其系统框图见图 3-1：图 3-1 下位机原理框图 3.2.1 单片机处理部分设计 设计的思想是实用和小型化，中心处理部分主要采用 AT89C51 单片机。AT89C51 单片机完全可以满足本系统的设计要求，相对于其他具有相当功能的器件来说，具有价格便宜，对环境要求不高，工作稳定等优点。AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4K Bytes的可反复擦写的只读程序存储器（ROM）和 128 Bytes 的随机存取数据存储器（RAM）。器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准的 MCS-51 指令系统，内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大，可灵活应用于各种控制领域。1.功能特性概述：AT89C51 提供以下标准功能：4K 字节 Flash 闪速存储器，128 字节内部 RAM，32 个I/O 口线，两个 16 位定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通讯口，兰州理工大学毕业设计说明书 片内振荡器及时钟电路，见图 3-2 AT89C51 功能方块图。同时，AT89C51 可降至 0Hz 的静态操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM、定时/计数器、串行通讯口及中断系统继续工作掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。图 3-2 AT89C51 功能方块图 ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，它为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如