液体点滴速度监控装置点滴速度控制及检测

液体点滴速度监控装置点滴速度控制及检测

前言

目前医院使用的点滴输液装置是将液体容器挂在一定的高度上，利用势能差将液体输入到病人的体内（图1），通过软管口径的压紧和放松来控制点滴速度。有经验的医护人员可以根据药剂的特性对点滴速进行控制，但是一般的病人却无法做到，控制不好还有一定的危险性。在一些大医院一个护士常常需要负责十几个、甚至几十个床位的液体点滴,很容易出现混乱局面,导致工作效率降低。为了提高医院本身的管理水平和工作效率,减轻医护人员的劳动强度，对于可以进行自助式护理的病人来说，需要一种可以由病人自己操作，自动定时、定量向病人进行输液的装置；而对于医护人员来说，需要一种可以对所有的病人进行统一监控的智能监控装置。本设计就是针对以上问题而做的智能型液体点滴速度监控装置。设计要求为能有以下几种功能：

（1）检测输液点滴速度

（2）检测输液点滴高度

（3）控制点滴速度

（4）显示点滴速度

（5）能设置点滴速度

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图1 45

第一章硬件设计说明

1.1 系统简介

本设计分为主机控制，从机测量，主从通信三个框架。由从机测量并控制点滴速度，得到的数据送到单片机进行处理，再通过RS485通信将数据反馈给主机进行显示处理，主机也可以通过RS485通信对从机进行控制。本人负责点滴速度检测及控制部分。系统框图（图2）如下：

图2 系统框图

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1.2方案设计过程及实现方法

1.2.1 点滴速度检测电路设计

点滴速检测是整个系统的核心，检测精度是衡量系统精确性的一个最重要指标。这样就不会因为点滴速度异常而使患者面临危险。出于安全性考虑，在检测点滴速度时不能使原胶管破损，否则就会对输液造成严重感染而影响患者，因此在检测点滴速度时要用非接触的方式。

方案一：利用发射型光电传感器，传感器工作时，当物体经过射程之内，就会对红外光进行反射，传感器接受到这个感反射信号后动作，以检测物体稳定动作的最大距离。但是光电传感器对各种介质的反射程度不同，对水的动作距离近，对玻璃的动作距离远。而且光电传感器体积较大，需要距离滴斗一定距离才能分辨不同介质，无法安装在合适的位置上，所以最终放弃这种方案。

方案二：利用光束采集方法，利用液滴下落时接收到的光强的变化反映液滴个数。根据光学折射原理，光线在穿透密度不同的介质时，将发生散射，使光强发生变化。在检测过程中将滴管放置在检测用的发光器件的中间即可反映这种变化。光束采集方案有几种器件可以使用：

①使用发光二极管和光敏三极管组合。

②使用红外发光二极管和接收管组合。

③利用激光。

通过对比，在这次设计中由于是近距离探测，故采用方案②来完成数据采集。由于红外光波长比可见光长，因此受可见光的影响较小。同时红外系统还具有以下优点：尺寸小、质量轻，能有效的抗可见光波段的伪装，对辅助装置要求最少，对人眼无伤害。红外传感器，即红外发射跟接收二极管。在点滴滴斗两边分别装上红外发射跟接收二极管，没有液滴落下时，接收管正常接收，每当液滴落下的时候，发射出的红外光被散射或折射，接受管接收到的光强变弱。利用这样的信号变化，可以测出变化次数，也就是液滴个数，经过数据处理得到点滴速度。红外光的方向性好，集束能力强，所以信号变化比较明显，所以最终使用此方案。当然红外光也有一定的缺点，如大气、潮湿的天气、雾和云对它

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有衰减作用，所以只适用于室内通信。在现代生活中，人们为了更方便的使用红外光这种有效的媒质，利用红外光做出了很多器件，发射式光电检测器就是其中的一种器件，它具有体积小、灵敏度高、线性好等特点，外围电路简单，安装起来方便，电源要求不高。用它作为近距离传感器是最理想的，电路设计简单、性能稳定可靠。

考虑到用单片机进行数据处理，要把输入信号转化成数字（0.1）状态，所以要用到比较器。又考虑到采集到的模拟信号有可能比较弱，变化不明显，（在输入端信号变化小）有可能经过比较器也产生不了明显的变化效果，所以要将它进行放大后再输入比较器内，据此可以用LM324芯片，它同时有放大和比较两种功能。

1.2.2 电机控制电路设计

为了拉动输液器，以改变它的高度改变点滴速度，使用直流电机，两端加正电压为正转，加负电压为反转。因此考虑用继电器来当控制开关，控制电机两端的电压。通过查阅资料，确定继电器的驱动跟保护电路。控制信号由单片机产生，用光耦合器隔离，通过控制单片机的输出高低电平以控制继电器的驱动电路。

1.3 点滴检测电路设计及其分析

图3 点滴检测电路

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第一部分为红外发光接收二极管的驱动跟接收电路；第二部分为把变化信号进行放大；第三部分为把放大后的信号与设定的电压作比较，比较后的结果输入到单片机P3.2端进行数据处理。

红外发射管一直处于发射状态，在运放前加了电容隔直流，减少干扰。当液滴没有落下的时候，红外接收管输出低电平，经过运放放大比较输出低电平；当液滴落下时，红外发射管发出的光被液滴散射削弱，使接收管的电平变高，经过运放放大比较后输出一个高电平。所以当单片机接收到一个高电平时表明一滴液滴落下。具体过程如下：当没有液滴下落时，接收二极管正常接收，处于导通状态，输出为低电平，通过运放放大后仍为低电平，由LM324的第6端输入，与5端的2.5V比较，因为低于2.5V，所以输出为低电平，通过P3.2送入单片机进行数据处理，因此当没有液滴下落的时候，单片机接收的一直是低电平；当有液滴下落时，发射二极管发射的红外光被液滴散射，导致接收二极管无法导通而输出高电平，经过运放放大10倍后由LM324的6端输入，与5端的2.5V比较，因为高于2.5V，所以输出为高电平，通过P3.2送入单片机进行数据处理，因此当有液滴下落的时候，单片机接收的高电平，接收的高电平个数就是液滴下落的个数。

1．4 直流电机控制电路设计及分析

直流电机控制电路如图4。第一部分为光耦合器的驱动电路；第二部分为继电器的驱动及保护电路，在继电器两端并联一个二极管，触点断开时，二极管导通，吸收电感负载中储存的能量；触点闭合时，二极管截止，起保护感性触点作用，避免继电器被烧坏；第三部分为电机两端电压控制电路。

当P1.0输出高电平，P1.1输出低电平时，只有下面的光耦合器接通，带动三极管驱动继电器电路，继电器使开关闭合，电机两端接负电压，电机反转，使储液瓶的势差减小而减慢点滴的下落速度；当P1.0输出低电平，P1.1输出高电平时，只有上面的光耦合器接通，带动三极管驱动继电器电路，继电器使开关闭合，电机两端接正电压，电机正转，使储液瓶的势差增达到而加快点滴的下落速度。当两个端口都输出高电

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