液体点滴速度监控系统的设计
医院输液监控系统设计——毕业设计
SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ毕业设计说明书医院输液监控系统设计学院：专业：学生姓名：学号：指导教师：2013 年 6 月摘要摘要该论文是一种基于AT89C51控制的医疗点滴输液控制系统的设计方法。
该系统操作简洁、上手快、方便、集中控制并且具有报警功能，在医院医疗卫生方面有很大的实用价值，从而加速了医疗器械的自动化与半自动化进程, 有助于提高现代医护质量。
本设计主要成果有：⑴实现了相应的电路采集液滴速度，与设置的液滴速度比较，显示液滴滴速、剩余输液时间；对输液速度可以自动控制；具备与上位机通讯的能力，将输液过程的信息输入护士值班室；当输液剩余时间达到一定的时间，自动报警，或者输液中出现情况可通过相应装置报警。
填补了医院输液系统在细节部分研究的空白，对整体结构的完整分析和其电子设计的建立具有重要意义；⑵通过理论分析，论证了输液系统各个部分的原理及具体设计，很好地解释了所有关于医院输液系统设计的基本内容。
(3)该系统可让医护人员在控制室( 主站) 改变不同受液者( 从站) 的输液状况, 也可以直接到输液室直接改变输液状态( 直接控制从站) , 了解病人的输液进程, 及时通知处理将快完成的输液。
以上研究成果为该系统设计和控制液滴装置设计过程提供了丰富的信息。
关键词：51单片机，医院输液系统，输液监控, 步进电机ABSTRACTABSTRACTThis paper deals with a control system for liquid- dropping based on 51 single chip microcomputer. For using conveniently，displaying directly, controlling intensively, alarming by sending out sound .This system can be widely used in the hospitals.To accelerate the process of automatic or half- automatic realizing for the medicine- appliance . The main research results:(1) It realizes the measurement circuit collection liquid corresponding droplet velocity,which compared with the droplet velocity settings,display the drop rate, residual infusion time;Can control the transfusion speed automatically; Ability to communicate with host computer;Put the transfusion process information into nurse's duty room; When the infusion time remaining to a certain time, automatic alarming, or if something is happened,it is also can alarm through the corresponding device.this is fill the gaps in the hospital transfusion system in detail research,and have great significance to establish a complete analysis of the overall structure. (2)Through theoretical analysis, demonstrated the principle of each part of the transfusion system and the specific design, a good explanation of the basic content of all design hospital infusion system.(3) The system can let the medical staff in the control room (station) to change under different fluid infusion (slave), can also go directly to the transfusion room directly change the infusion state (from the station directly control), to understand the process of the transfusion patients, promptly notify the processing will be done soon infusion.The above results provide rich information for design and control of droplet device process of the system.Key words: The 51 single chip microcomputer, Hospital infusion system, infusion monitoring ,stepper motor目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 ............................................................................................................................. I II 第一章引言 . (1)课题的背景和意义 (1)1.1.1医疗输液监控系统设计的背景 (1)1.1.2医疗输液监控系统设计的意义 (1)1.1.3 系统设计需要解决的关键问题 (2)第二章系统方案设计与论证 (3)2.1 系统硬件结构总体设计方案 (3)2.2 点滴速度测量电路方案的选择及论证 (3)2.3 液面检测电路方案的选择及论证 (4)2.4 通过电机控制滴速电路的方案论证 (5)2.4.1电机控制滴速的方案设计 (5)2.4.2 控制用电动机及驱动的选择与比较 (6)2.5 显示器接口电路方案选择论证 (7)2.6 键盘接口电路方案选择论证 (7)2.6.1独立式按键电路 (7)2.6.2矩阵式键盘电路 (7)2.7 单片机型号的选择与论证 (8)2.7.1 现有主流单片机的概述 (8)2.7.2 单片机的选用 (8)2.7.3 单片机I/O口管脚分配 (12)第三章输液系统各模块的硬件设计 (13)3.1 控制电机模块设计 (14)3.1.1 步进电动机的工作原理 (14)3.1.2 步进电机控制原理 (14)3.2 数据采集模块及工作原理 (16)3.3.1 红外发光二极管和光敏三极管 (17)3.3.2 红外发光二极管主要参数 (17)3.3.3 光敏三极管的主要参数 (18)3.4 电源模块 (19)3.5 声报警模块 (19)3.6 复位电路 (19)3.7 显示模块 (20)3.7.1 LED显示器的结构 (20)3.7.2 LED显示器的显示方法 (22)3.7.3 7段译码器CD4511 (22)3.7.4 显示模块电路设计 (24)3.8 键控模块 (24)第四章系统软件及框图设计 (27)4.1滴速检测子程序 (29)4.2 电机控制子程序 (29)4.3 显示子程序 (31)4.4 键盘程序 (32)第五章系统设计结果分析 (34)5.1 设计实现过程 (34)5.2系统测试及结果误差分析 (35)第六章结论 (37)参考文献 (39)致谢及声明 (40)第一章引言课题的背景和意义随着科技的进步，越来越多的地方需要用到对液体的流量或者滴速进行控制，如人工肾机的透析液储液罐中透析液储量、自动洗胃机中冲洗液的液量、中药使用的药浴机中煎药锅中的水位等，医疗保健领域中药液的输液量与输液速度需要精确的控制以达到更好治疗效果。
基于单片机的液体点滴速度监控系统的设计
由普通 电机及步进 电机特性比较，本系统中将使用步进 电机。将
判断处理 ，并 控制步 进电机 的转 动及 ＬＣＤ显示屏 的显示 ，完成 系统 脉 冲信号转变为角位移或线位移的开 环控制元步进 电器件 即步 进电
装置智能控制 的任 务。该速度 控制模块 中主要包含两个 电路，即单片 机。在一般情况下，脉冲信号的频率和脉冲数决定了步进 电机的转 速
关曩 词 ：光电传感器 独立式键盘 智能系统
系统硬件组成部分主要有显示系统、速 度检测系统 、速度控制系
液体速率的改变是利用步进电机改变储液瓶的上下来实现 。在本
统等组成，其中各系统又 由系统内部小件组成 。
系统中，液体的速度检测与液体的速度控制是由两部分不 同的系统构
速度检测模块 ：在速度检测模块 中，主要依靠光电传感器对光信 成。其中，液体 速率控制系统是相对 简单 的，主要由 ＳＴＣ８９Ｃ５２芯片
节 目单等功 能。多重 审核、主备机 制可 以更好 的提高播 出安全性 。
责迁移服务的管理和执行，日志归档管理 ，策略管理 ，时钟 校时等服务。
（４）字幕子系统：包括三台网络字幕 机，在编辑站点完成字幕素 自动计审服务器 ，负责计审任务的管理分配和执行。ＭＤＣ服务器 ，管
材 的编辑 ，保存到远程路径 供字幕播 出站点调 用，可以根据正播表编 理 近 线 存 储 。
号的采集处理，并传输至单片机芯片来进行 计数。速度 检测模 块仅仅 和 ＵＬＮ２００３步进 电机驱 动芯片及步进电机组 成，利用步进电机的正
包含了一个简单 电路 ，即点滴速度检测 电路。
反转 使储液瓶高度发生改变，并最 终使得液体速率改变。
速度控 制模 块 ：该模块 中 ＳＴＣ８９Ｃ５２芯片对接 收到的数 据进行
基于光电技术智能输液监控系统设计
基于光电技术智能输液监控系统设计智能输液监控系统设计基于光电技术的工作原理。
该系统主要用于对输液过程进行实时监测和控制，以确保输液的安全性和可靠性。
系统的主要部分包括输液监测模块、数据处理和显示模块、报警模块以及控制模块。
输液监测模块是系统的核心部分，其基于光电技术实现对输液液位、流速、输液器是否空液等参数进行实时监测。
输液过程中，液位传感器通过发射红外光束，当液体接触到传感器时，光束被液体阻挡，从而产生信号变化，传感器将这些信号转化为电信号并传输到数据处理和显示模块。
数据处理和显示模块接收传感器传输的电信号，并进行信号处理，将处理后的数据显示在液晶显示屏上。
此外，该模块还会对数据进行分析和比较，如果发现异常情况（如液体流速过快或过慢、液位超出安全范围等），则会发出报警信号，并触发报警模块。
报警模块通常包括声光报警器和短信报警系统。
当数据处理和显示模块触发报警信号时，报警模块会立即发出声光警报，同时向责任人发送短信警告。
这样，即使现场医护人员无法及时察觉异常情况，也可以通过报警模块得知并马上采取措施。
控制模块是整个系统的控制中心，它负责接收数据处理和显示模块的信号，并根据信号的内容进行相应的操作。
比如，当系统检测到输液器中发生空液情况时，控制模块会自动停止输液，并将这个信息发送给医护人员，以便及时更换输液器。
此外，智能输液监控系统还可以与医院信息系统进行集成，以实现输液数据的远程监控和记录。
医院可以通过信息系统实时查看输液情况，并进行数据分析和统计，为医生提供更准确的临床决策支持。
总之，基于光电技术的智能输液监控系统设计，能够显著提高输液过程的安全性和可靠性。
通过实时监测和控制输液参数，及时发现并处理异常情况，避免了因输液过程中的错误而导致的患者伤害。
此外，系统还能实现数据的记录和分析，为临床决策提供更科学、准确的依据。
智能输液实时监控系统设计
智能 输液 实 时监控 系统 可 以方便 地 通过 台计算机 ，远程监控 几十个、上百个病床 号 的输液情况 。因此 ，可以方便的实现点滴输液 过程 中的集 中监控 与集中管理。改善医 院医护 人员的工作环境 ，减 少应医护人 员工作量 以及 到对输液流量 的精确 控制。 当药液余量低 于总 监护不 当所造 成的医疗事故等等 。把 医疗监 护 药液量 的 ２ ％ 时，系统会 自动 启动声光报 警。 人员彻彻底底 的从繁琐的劳动 中解放 出来。本 同时，发送报警 信号到计算机客户端 ，以便及 设 计 具 有 性 能 稳 定 、 响 应 速 度 快 、成 本 低廉 、 时通知医护人 员进 行相应处理 。每个子 系统统 操作简 单、使 用方便、经济效益 良好等优 点 。 采 用 无 线 通 信 模 块 ＮＲ Ｆ ２ ４ Ｌ ０ １与 电脑 端 无 线 智能输 液实时监控系统数据通信稳 定、准确可 接收模块实现数据对 接。 靠 ，具有较 高的使用价值 以及经济 效益 ，在点 计 算机端 与无线 接收模 块采 用 ＵＳ Ｂ接 口 滴输液领域 具有 良好的实用性 以及应用前景 。 为连 接方 式 。计 算机端 应 用软件通 过 ＵＳ Ｂ串
能 输 液
个 智 能 节 点 都 可 以独 立 控 制 一 个 相 应 的无 线 收
目前 ，国 内临 床医 疗 上使 用 的普遍 是 一
些低 端设备 ，仅仅具有 一些，输液完成进行 声 光报 警，输液完成 阻断输液等简单功 能。本 系 统 是基于单片机控制技术 ， 无线模块通信技术 ， ２设计原理 以及液 晶显示 ，计算 机上位机管理 。自主挖掘 并设计 了一套采用分 布式原理 的智能输液 实时 子 系统 采集 药业 余 量 的变化 是通 过将 电 监控系统 。每个子 系统能够实现独立供 电独 立 阻应变片贴 于待测金属表面 ，通过 电阻应变片 获取数据 。液 晶显示 当前要业余量 、药液 总量 阻 值 的变 化 来 检 测 药 液 量 的变 化 情 况 。 将 四 片
无线液体点滴速度监控装置的设计
CONO MIC CON STR UCTION 经济建设5环球市场信息导报无线液体点滴速度监控装置的设计输液速度的快慢直接影响药效以及患者生命安全。
临床上人为监控误差大、可操作性差，使得输液速度很难实时控制。
本文设计的液体的点滴速度监控装置利用红外传感器实时检测输液的速度，将采集的点滴速度实时无线传输给控制中心，控制中心通过与设定速度比对发出无线控制信号，来调节流速调节器来调节液体的流速，从而实现点滴速度自动调节。
本设计只需将速度检测和速度调节部分固定在一次输液器上即可使用，无需专用输液器，也可扩展应用到其他液体速度监控装置领域。
点滴输液是临床上最为常见的治疗方法之一，大部分药物的输液速度都有严格的规范。
由于在输液前人工控制速度存在误差，在输液过程中人工监护输液速度工作量大很难保证输液的速度。
目前的研制点滴液体速度监控装置大多都为有线检测装置且需要通过输液瓶的高度来调节点滴的速度，这些点滴输液器需要专用的输液器使得输液成本加大，很难在医疗市场推广。
为了解决以上问题，本文设计了一款无线液体点滴速度监控装置。
该系统以单片机ST C 89C52为控制中心，采用红外发射接收对管装置检测液滴速度，并实时将检测的速度值无线发送给控制中心，控制中心根据传输的速度值来实时发送控制信号给液体调速模块来实时调节液体流速，从而实现点滴流速自动监控的目的。
1.硬件设计本系统硬件采用模块化设计，如图1所示，包括速度检测、控制中心、速度调节三个模块。
每个某块都是一个独立的系统均可以独立工作。
速度检测部分检测输液速度值并将速度信号实时传输给控制中心；控制中心部分主要负责接收检测部分的速度数据信号，根据接收的速度值来判断是否需要调速，若需要调速则向速度调节模块发送速度调节模块信号；速度调节再接收到速度调节信号后，判断是速度增加还是减少信号然后驱动步进电机调节液体流速调节器孙佰顺武传佳李洪亮图硬件原理框图81的调节滚轮来增加或减少点滴输液速度。
智能点滴监控系统毕业设计
智能点滴监控系统毕业设计哎呀，今天咱们聊聊这个“智能点滴监控系统”毕业设计，听起来可酷了吧？想想啊，医院里那些忙得不可开交的护士们，忙得像陀螺一样，跑东跑西。
就像电影里的超级英雄，没时间喘口气！他们得时刻关注病人的状况，尤其是那些正在接受点滴的朋友们。
点滴，真是小小的瓶子，里面却藏着大大的责任。
说实话，护士每次都得认真盯着点滴的流速，生怕出个岔子，病人一不留神，哎呦，这可不是开玩笑的事。
于是，咱们的设计目标就出现了——嘿，让这项工作变得简单点儿，别让护士们像猴子一样东跑西跳。
我们就想，为什么不弄个智能系统来帮忙呢？一套点滴监控系统，能够实时监测点滴的流速，甚至还能发出警报，提醒护士们。
你想啊，这样一来，护士就能省出时间，去关注其他病人。
这样一想，心里不禁美滋滋的。
我们开始动手。
设计的过程就像做饭，材料得准备齐全，锅子得热好，火候掌握得当。
我们先选定了传感器，这小家伙可是关键，得能精准测量液体流动的速度。
我们给它起了个名字，叫“流速小子”，多可爱啊！然后，咱们得把它跟计算机连接，软件要写得清清楚楚，界面得简单明了，方便护士们使用。
就像大厨做菜，一定要考虑到食客的口味。
光有硬件、软件还不够，咱们还得考虑到数据安全。
哎，医院可不是随便玩的地方，病人的隐私得保护好。
于是，我们加了一层加密，确保信息只在有权限的人之间流通。
你说，技术再牛逼，安全第一，才能安心使用嘛。
设计的过程中，难免会遇到挫折。
那天，我们调试的时候，流速小子竟然给我们开了个玩笑，流速显示的完全不对，简直就像打错了算盘一样。
我们心里那个气啊，直想把它“请”去隔壁教训一番。
不过，没关系，调试问题就像拼图，耐心点，总能找到那个“对”的位置。
几天后，流速小子终于老实了，数据也准得让人刮目相看。
说到这，真是感慨万千。
经历了一番波折，大家齐心协力，才把这个智能监控系统的雏形给搞出来。
之后，我们在模拟环境中进行了测试，病人一号、病人二号，统统上阵，流速小子表现得可棒了，数据准确得像个神仙。
静脉输液流速监控装置设计
ｒ
块 ， 在 电 机 上 装 有 椭球 形控 制 器 ，用 以对 输 液 管 的 流 量 进 行 调 整 。对 伺 服 电机 输 入 控 制 脉 冲 信 号 ， 电机 会 将 此 信 号 与 本 身 发 出 的 负 向 脉 冲 信 号 比 对 ，得 出 的 差 值 脉 冲 经 放大 成 为 电机 的驱 动 信
ｌ 渣 Ｉ Ｉ ５ 似
静脉输液 流速监控装置设 计
Ｄ ｅｓ ｉ ｇｎ ｏｆ ｔ ｈｅ ｉ ｎ ｆ ｕ ｓｉ ｏｎ ｄｒ ｉ ｐ ｍ ｏｎｉ ｔ ｏｒ
李宗为 ，张祥忠
Ｌ Ｉ Ｚ ｏ ｎ ｇ ． ｗｅ ｉ ． ＺＨＡＮＧ Ｘｉ ａｎ ｇ ． ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ
传 感 电 路 ， 由高 亮 发 光 二 极 管 与 光 敏 三 极 管 组 成 ，经 过 仿 真 和 实 验 测 试 表 明 效 果 较 好 。 方 案 示
意 图如 图４ 所示。
图４ 滴 速 及 液 位 监 测 方 式 示 意 图
２ ． ２ ． ２ 滴速控 制方法
在 滴 斗 上 方 的 输 液 管 安 装 伺 服 电 机 控 制 模
滴 速 实 时 监 测 并 将 结 果 无 线 传 输 到 主 站 显 示 ，主
接 收到 报 警 信 号 ，并 能 通 过 主 站 键 盘 输 入 信 号 清
除警 报 信 息 ； ３ ）当报 警 信 息经 过 预定 延 时 后未 被 清 除时 ， 从 站能 自动 对滴 管进 行 闭路 操作 ，避 免血 液 回
１ ）能 对液 滴 进 行 实时 测速 ，并通 过 矩 阵键 盘 的输 入对 滴速 进行 设 定 ； ２ ）对 滴瓶 内的液 位 高 度进 行 监 测 ， 当达到 报 警 的液 面 时 ，从 站 能 发 出报 警 信 号 ，主 机 能 无 线
液体点滴速度监控装置
液体点滴速度监控装置摘要本装置采用医用250豪升注射液玻璃瓶，针柄为深蓝色的医用一次性输液器作为控制对象。
通过步进电机控制注射液玻璃瓶的高度，从而控制点滴的速度。
从站由单片机和CPLD 控制，主站和从站之间采用的RS485总线通信。
系统控制误差在设定值10%以内，调整时间小于三分钟。
一．方案论证：（一）总体方案比较：各种控制方案原理框图大致如下：图1—1—1 方案原理框图方案一：方案二：方案三：单片机作为控制单元，步进电机控制瓶子的高度，反射式光电传感器检测滴速和报警位置。
由单片机根据传感器检测到的反馈信号控制步进电机的转动，通过定滑轮将圆周运动转换为输液瓶的垂直运动。
用CPLD由测周法计算滴速，由于滴速在较低频率时变化很小，因而可以根据滴速的大小适当确定调整的步速，以快速并较精确地调整滴速。
此方案充分利用单片机和可编程逻辑器件进行快速设计和高精度﹑自动化控制。
综合以三种方案，最后我们选取方案三。
（二）具体方案选取根据以上的论述，我们将监控装置（从站）化分为以下几个部分：◆电机驱动装置◆传动装置◆传感器模块◆测定滴速模块◆通信模块由于主站和模拟从站的电路和功能都比较简单，而通信模块将在监控装置中详细说明，故不再论述它们的电路结构。
1．电机驱动装置我们使用的电机的相电流位2.5安，工作电压为27 伏，为三相电机,当工作在三相六拍时，两相同时工作，这时电机的驱动功率为135瓦。
我们定制150瓦的变压器作为电源变压器。
电机的驱动采用集成功率电子开关TWH8752,该器件可直接由TTL、CMOS 等数字电路驱动，工作开关速度快、工作频率高（可达1.5MHz）、控制功率大，内部开关管反向击穿电压为100伏。
加散热片后，通过的罐电流可达3安。
其输出管采用集电极开路方式，片内还设过热减流保护电路。
由于电机的每相电流约为2.5安，故每相须串接一限流电阻，选取线六点组的规格为10Ω/50W。
整个装置在工作时会散出很大的热量，须添加一个风扇散热。
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摘 要 输液是医院常用的治疗手段，传统输液过程中存在着输液速度不精确、需要人工监护等弊端。本文的目标就是设计一种输液监控系统以解决此问题。 本文设计的液体点滴速度监控装置系统，实现了对输液速度的检测与控制，实现了对储液瓶中液面高度的检测报警，并且动态显示输液速度。使用者可以通过按键设置输液速度，系统将自动对输液速度进行控制。此外系统还实现了多机通信，即一个主站控制一个和主从机之间的数据传输。当输液结束或输液速度发生异常时，从站使用发光二极管和蜂鸣器进行报警，并将报警信号通过串行口传送至主站，主站通过监控软件和蜂鸣器实现声光报警。 系统以8051单片机为核心，使用两块系统板（主机和从机）组成有线监控系统，主机实现对从机的控制及液体点滴速度的显示和液体点滴速度的键盘控制；从机通过外围电路检测储液瓶中液面高度和液体点滴速度；通过从机实现对步进电机控制以实现对储液瓶高低的控制，来实现控制液体点滴速度。 在整体方案设计中，在保证设计系统能达到的题目要求的精度和稳定度的前提下，考虑到系统的轻便性、实用性、可靠性，对电路系统进行了优化。
关键词： 点滴速度；光电传感器；步进电机；单片机 ABSTRACT Transfusion commonly used as treatment in hospital, but there were some problems, such as inaccurate, need transfusion of artificial guardianship, etc. The goal is to design a transfusion monitoring system in order to solve those problems. The monitoring and controlling system of liquid drop speed by this paper, actualize the infusion rate of test, the control of reservoir fluid bottle level detection alarm and dynamic display of transfusion speed. Users can through the button to control transfusion speed and system will automatically transfusion speed of it. Besides the system also actualize multi-machine communication, that is, a master station to control a multiple machine from a station and the master-slave data transmission between. When the infusion end or infusion speed abnormal, slave light-emitting diodes and buzzer to alarm, and will alarm signals through serial transmission to the master, stood by buzzer sound-light alarm. The systems use 8051 SCM as machine’s core. Use two systems board (host and slave) component cable monitoring system for control of the machine from host. The master station achieves the displaying of liquid drip speed and the keyboard to control liquid drip speed. Slave machines through the outer circuit testing reservoir liquid bottle in height and liquid dropping speed, and through the control of stepping motor speed control the level of liquid storage bottle to control liquid drop speed. In the overall program design, in ensuring the use of design systems to achieve the required accuracy and stability of the premise, taking into account the system’s portability, practicality, reliability, electrical systems were optimized.
Key words: liquid drop speed; photoelectric sensor; Stepper Motor; single chip 目 录 第一章 绪论......................................................................................1 1.1课题背景...............................................................................................1 1.2课题研究的目的和意义.......................................................................1 1.3 输液报警监控系统的方法..................................................................2 1.4 本课题采用的输液报警监控内容方法简介......................................2 1.5本文的结构...........................................................................................3 第二章 输液监控系统的总体方案...................................................4 2.1 输液监控系统的设计依据和目的......................................................4 2.2系统方案论证与比较...........................................................................5 2.2.1 控制方案的比较..........................................................................5 2.2.2点滴检测方案比较.......................................................................5 2.2.3液位监测方案比较.......................................................................5 2.2.4速度控制方案...............................................................................6 2.2.5电机的选择...................................................................................6 2.2.6主从机通信方案...........................................................................7 2.3系统总体框图........................................................................................8 第三章 系统的硬件设计................................................................10 3.1 系统的硬件设计..................................................................................10 3.2 从站各系统单元的设计......................................................................11 3.2.1中央处理单元..............................................................................11 3.2.2点滴信号检测单元......................................................................11 3.2.3点滴信号的比较、滤波、整形电路..........................................12 3.2.4 液位检测单元.............................................................................13 3.2.5检测电路的抗干扰措施..............................................................14 3.2.6声光报警电路..............................................................................14. 3.2.7 步进电机驱动单元（高度调整单元）.....................................15 3.2.8 主从站接口电路.........................................................................16 3.3 主站的硬件电路图及工作原理..........................................................17 3.3.1键盘单元......................................................................................18 3.3.2 数码管显示单元.........................................................................20 3.4 主从站芯片时钟电路..........................................................................21