第 1 章 绪 论

1.1 课题研究意义

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%。它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。

现在市场上的输液泵，根据不同的标准有不同的分类:固定点泵和非固定点泵;标准泵和便携泵；体外泵和可植入泵；机械泵、电子泵和重力泵；容积泵和蠕动泵。固定泵控制精确，报警齐全，但体积较大；便携泵体积小，病人可随身携带，用电池作为电源，只适用于小量输液；可植入泵使用方便，输液时病人移动不会产生影响，但需要外科手术；机械泵用正压力来输送药物和液体，没有电源(电池或交流电)，体积小，可携带，主要用于输送小体积，长时间或间歇输液，通常用于化学医疗、止痛或抗生药类的输液；电子式泵输液速度可达999ml/h，可实现智能控制。

目前，我国医疗机构在进行输液治疗时，输液速度和输液量几乎全部都是不准确的。医生在对病人的输液治疗过程中，需要根据药物的性质和病人的病情选择合适的输液速度。对于大多数医生来说，输液速度的控制还是采用人工方式，医生凭借经验通过转动输

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液器上的手动滑轮来调整输液的速度，输液量也是医生用只有两个标记的液体瓶倾倒后估计的。在输液的过程中要实时监测剩余的药液。在药液输入完后，还需要由护士及时换瓶或拔除针头，加重了医护人员的工作强度。而对于一些对人体器官作用敏感需要严格控制输液速度和输液量的药物，由于个体差异及机体耐受力不同，特别是在手术中、大手术后以及病情危重需要严格控制输液速度和输液量的人群，会导致病情加重，有时甚至危及生命。输液泵是解决输液速度的一种有效方法，采用动力挤压输液，在一定时间内输液量是一定的，但期间点滴速度并不均匀。而且机器成本和耗材成本太高，只适用于急救和重症情况。SJK型数字输液监控仪性能稳定，使用简便、易操作，但价格比较昂贵，应用较少。而在未来的医疗机构里，特别是一些著名的大型医院里，在给病人输液时，对输液速度和输液量的数值的准确程度的要求会越来越高，因此就需要既实用又廉价的输液检测控制产品的出现。

本系统就是为了减少人力浪费,获得良好医疗效果而设计的液体点滴速度监控装置,利用该装置可以通过电机控制输液管的松紧来达到控速点滴速度的目的，通过传感系统来确定点滴速度和药液输完后的报警，通过键盘设置液体点滴速度。本系统能实现液体点滴速度的智能化控制。

1.2 国内外研究现状

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，如日本 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，在两万元人民币左右，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，未能在各级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课题，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

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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，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 2010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。

目前医院普遍使用的是人工监控点滴输液装置器，将液体容器挂在一定高度，利用势差将液体输入病人体内，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。如何使这种手工操作走向自动化或半自动化， 让护理人员监控病人打点滴的进程时间得到充分利用， 使能自理的病人自己能掌握点滴的速度， 这就要求医疗器械加速自动化与半自动化进程，提高医护质量。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！

1.3 本文主要研究内容

本系统是以单片机作为控制核心，及其外围输入输出系统组成的液体点滴速度监控装置，核心控制为AT89C52单片机，输入系统是以独立式按键键盘系统及水速控制系统组成。输出系统以智能控制吊瓶移动的步进电机、蜂鸣报警电路共同组成。本系统是基于AT89C52单片机的液体点滴速度监控装置，硬件电路采用步进电机的升降来控制液滴速度，以及检测储液瓶内余液量并报警。通过键盘输入控制设置点滴速度，步进式电动机控制吊瓶移动改变点滴滴速，单片机驱动减速电机带动螺旋压紧机构控制药液的滴速滴注，显示检测滴速值。系统主要包括单片机主控制模块、滴速检测模块、滴速显示模块、滴速控制模块、报警电路等几大部分。

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第 2 章 系统方案选择与论证

2.1 各模块方案选择和论证

2.1.1 液体点滴速度及储液瓶液面检测

方案一：利用光透射原理。使用红外对管实现液体点滴检测。当没有点滴下落的时候,检测系统输出一个比较低的电压而当有点滴经过红外检测电路就会产生一个比较高的电压。如此就可以产生脉冲信号。但检测到的电压变动比较小，所以必须加一个电压放大电路。经过放大的信号在通过一个电压比较器就可以得到单片机可以识别的脉冲信号，从而实现点滴滴数的计数。实现框图如图2-1。图中的转换电路由放大电路和比较电路两部分组成。

光源接收转换电路发送脉冲信号单片机

图2-1光透射原理检测电路

方案二：利用光的反射原理。使用反射式红外光电传感器检测。红外发光二极管垂直于漏斗壁发送红外光，红外接收管依据接收到的红外光信号的强弱产生脉冲信号，先通过放大电路的处理再通过电压比较电路的处理就可以得到单片机可以处理的脉冲信号。实现原理框图如图2-2。其中整形电路包括放大电路和比较电路。

前置电路接收整形发送脉冲信号产生单片机

图2-2光反射原理检测电路

方案三：使用电容式接近开关。电路集成度高，使用继电器输出，输出信号标准，电路简单。但其工作原理是根据电容中介质的改变对外产生开关量。

综合比较上面方案，方案一利用透射原理来检测点滴速度时，由于储液瓶是透明玻璃

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