基于單片機的智能輸液系統硬件電路設計

李靜 胡一經

（桂林電子科技大學信息科技學院，廣西 桂林 541004）

基于單片機的智能輸液系統硬件電路設計

李靜 胡一經

（桂林電子科技大學信息科技學院，廣西 桂林 541004）

本設計以AT89S52為控制核心，使用液位傳感器和電磁夾管閥，繼電器等主要元件來實現吊瓶自動切換，選用步進電機來實現對液滴速度的控制，采用顯示屏，按鍵，LED，警報器等輔助元件來為病人或醫務工作者提供和顯示實時信息，實現了智能報警和監控等功能。

單片機；吊瓶自動切換；液位檢測；滴速控制

通過調查發現中國現在是一個輸液大國，一年百億的輸液瓶，平均每人八瓶的龐大輸液量，造成很多醫院輸液廳時常人滿為患，護士人手不足，并且輸液裝置還停留在傳統方式，缺少智能化和信息化，導致病人輸液得不到完善的照顧，出現很多醫療糾紛［1］。智能輸液系統的設計主要在于減輕門診的工作量，可以減少護士工作時間和工作負擔，提高病人輸液的舒適度與安全性。

1 整體設計方案

智能輸液系統的設計基于AT89C52單片機為控制核心，液位傳感器檢測到警戒水位，將信號傳遞給控制核心，控制核心根據接收到的信號來選擇電子夾具的通電與斷開，繼而控制點滴瓶，來達到智能切換點滴瓶的要求，電源模塊作為整個系統的供電電源，按鍵來設定初始點滴瓶數，并在顯示屏上明確的顯示出來，還可控制步進電機以控制點滴速度，無線遙控器可以遠程設置初始點滴瓶數，紅外檢測點滴信號給信號主控芯片，主控芯片處理并使警報器和指示燈工作。

2 硬件電路設計

2.1 輸液瓶自動切換電路設計

進行輸液瓶的自動切換，就要涉及到點滴瓶的截流，當開始輸液第一瓶時，后面的輸液瓶就要進行截流，使用電磁閥夾緊輸液管，實現液體的截流工作。其工作方式就是閥體內的大型線圈通電，因為磁鐵異性相吸的原理，使得和永磁鐵相連的夾緊機構進行夾管操作，實現對液體的截流操作。輸液瓶自動切換電路使用繼電器模塊控制電磁夾管閥打開和關閉來完成，電路如下圖2-1所示：

圖2-1 輸液瓶自動切換電路

電路中光耦起到高低壓隔離，提高抗干擾性的作用。光耦工作電壓5V，電磁閥工作電壓12V。通過給信號三極管s8050的導通與關斷來控制繼電器（圖中K3、K5）的線圈通電與否，從而控制常閉與常開觸點的吸合與打開，最終控制電磁閥（常閉鉗式夾管閥，J3、J7處）接通和關斷。

2.2 液位檢測電路

運用非接觸式缺水傳感器（型號RFG-12VS）檢測輸液瓶內的液位情況，缺水式傳感器自身集成了反相器，就不用設計外圍電路，直接把傳感器與單片機引腳相連。將缺水式液位傳感器安裝于吊瓶上，緊貼輸液瓶，檢測到有液體時不輸出信號，當檢測到無液體時，給單片機傳輸信號，單片機在接到相應信號的時候，發出指令給電磁夾管閥，控制其夾緊與松開，從而控制多瓶輸液瓶按順序自動切換進行輸液。缺水式液位傳感器檢測液位適用于不同規格的輸液瓶，而且沒有復雜的電路，體積小，使用簡單。缺水式液位傳感器放置在輸液箱里，其輸出腳與單片機有線連接。圖2-2為缺水式液位傳感器。

圖2-2 缺水式液位傳感器

2.3 點滴檢測和控制電路

點滴計數用紅外對管接收模塊（TCRT5000 ）測量出液滴的下落速度，檢測到液滴下落就產生一個低電平信號給單片機，單片機通過計算，把結果顯示在數碼管上［2］。如果檢測到滴速與設置的滴速不一致，采用微型推桿步進電機，通過調整步進數來控制液體的滴速。點滴檢測圖中的工作電壓5V，JP1的接線端子直接接單片機 ，把液滴信號傳給單片機。

圖2-3 點滴檢測和控制電路

3 實驗調試

在輸液系統的模擬仿真中，使用開關作為模擬液位傳感器的器件，測試程序在理想狀況準確接收到信號下，是否能做出正確的反應。從觀察單片機的IO口的高低電平判斷出輸液瓶是否有正確的動作。在測試中多次出現提前報警，提前打開不應打開的電磁夾管閥，多次測試判斷為繼電器的瞬間關閉，產生了極大的回流電流，對單片機產生了極大的干擾，而導致單片機出現了很大的執行錯誤。解決方法為將繼電器控制端和信號端分別進行兩路單獨供電，有效的消除回流電流對單片機的影響。

在對液滴檢測進行調試時，出現了檢測液滴的實時性不好，表現為檢測速度不快，以調節了液滴速度一段時間后才能在數碼管顯現出來液滴的變化，此為程序參數的問題，更快的顯示估計下落液滴的速度，設置為記錄液滴與液滴間的時間間隔，這樣做可以達到實時檢測的效果，連貫性更好，但是誤差會隨之增大。因為檢測時計算會省略小數點之后的數值，最大誤差為0.9，當液滴流速為10滴/分鐘，誤差率為10%，以上調整可能會出現50ms的誤差，也只是會增加5%左右的誤差率。

4 結論

整個智能輸液系統，以STC89C51為控制核心，支持最多三瓶輸液瓶的自動切換，可以電動控制輸液滴數，可以自動切換吊瓶。智能輸液系統可應用于診所、各大醫院輸液室等［3］。

［1］ 郭雯，王海濤. 智能輸液系統的發展與應用［J］. 醫療衛生裝備，2012，33（11） .

［2］ 伍玉，陳曉君.液體點滴速度檢測裝置［J］. 電子設計工程，2009，7（7）.

TP277

A

1003-5168（2015）11-150-02

李靜（1983-），女，漢族，陜西人，桂林電子科技大學信息科技學院講師，主要從事機械電子工程、嵌入式系統應用及機器人技術研究。