基于GSM的智能輸液監控系統設計

白龍 孫霄霄 劉潔 姚鵬 劉博強

摘 要：針對目前醫院中點滴輸液所存在的問題，以STC89C52單片機為控制核心，通過CAN總線構成有線網絡，設計了一種多功能液體點滴監控系統。實現了滴速的實時控制和輸液結束提示，使輸液過程更加安全，降低了護士和陪護人員的勞動強度，同時系統的GSM模塊為醫生查房、換藥、書寫病歷等起到了輔助作用，具有較高的實用價值。

關鍵詞：GSM；STC89C52；CAN；監控系統

引言

點滴輸液是醫院非常重要的醫療手段。點滴輸液過程中主要問題有兩個：一是調整輸液速度，點滴過快、過慢都會影響治療效果和病人的休息；二是監視瓶中的藥液，當藥液滴完，及時換藥或拔除針頭[1]。因此，需要一種準確調整滴速，并且當藥液快滴完的時候并能及時發出報警信號，提示護士拔除針頭的自動監控裝置，使點滴輸液更加安全和方便。

本設計針對上述問題，運用單片機技術、紅外線光電傳感器與GSM手機模塊組成一個分布式監控網絡， 實現對點滴輸液的實時監控，并具有手機短信提示、病人治療基本情況查詢等功能。從而減輕了護士的工作量，同時為醫生查房、換藥、書寫病歷等起到了輔助作用。

1 系統總體設計

本系統主要由醫務監控中心和病房監控從機構成（以某一病房為例）。醫務監控中心主要由護士站和醫生辦公室的計算機組成，并配以GSM手機通信模塊。

病房監控從機以STC89C52單片機為控制器，通過紅外傳感器對點滴速度和液位進行監測，將監測數據顯示在液晶屏上，使患者本人知道當前輸液狀態，并利用雙極性步進電機拖動、控制儲液瓶的高度，實現點滴速度的自動調節，當儲液瓶中剩余藥液高度達到2～3cm或有異常情況時，可由報警裝置立即報警。

2 硬件設計

2.1 從機主控模塊

病房監控從機主要完成滴速與液位的監測，并將輸液過程中的動態信息通過液晶屏顯示給患者，當有異常情況時，可及時報警。監控從機以臺灣宏晶公司的STC89C52單片機為控制核心，STC89C52內置可反復擦寫的Flash存儲器，具有在線編程功能，開發成本低，便于系統維護和升級[2]。顯示部分采用JM12864M漢字圖形點陣液晶顯示模塊，通過單片機模擬SPI接口進行控制，可以動態顯示輸液信息，主要包括當前滴速（滴/分）和病房從機的ID號。

2.2 滴速和液位檢測模塊

滴速和液位的測量由非接觸式紅外傳感器完成，此傳感器輸出信號變化明顯，靈敏度高，通過感光元件對變化的入射光加以接收，并進行光電轉換，且發光元件和接收元件的光軸是重合的。當液滴經過兩者之間時，會阻斷光路，使接收元件接收不到來自發光元件的光，進而輸出一個脈沖信號，設置單片機每接收一個脈沖就中斷一次，單位時間脈沖信號的個數就是滴速。由于兩個傳感器的輸出信號不穩定，因此采用集成施密特觸發器的74HC14整形，從而獲得規則的脈沖信號[3]。

2.3 滴速控制模塊

通過控制電機的正反轉來改變滴斗與地面的距離，根據滴斗高度與滴速的對應關系，以達到控制點滴滴落速度的目的。點滴速度控制電路采用專用的步進電機控制芯片L298。雙全橋式驅動器L298在6～46V的電壓下可提供2A的額定電流，用較小的封裝提供強大的驅動能力，帶有電流反饋輸出，并有過熱自動關斷功能，它的外部需要連接續流二極管。

2.4 GSM模塊

TC35i是Siemeils公司推出的新一代工業級GSM模塊。自帶RS232通信接口，可以方便地與PC機、單片機連機通訊?？梢钥煽?、安全、快速地實現系統方案中的數據、語音傳輸和短消息服務。TC35i模塊的工作電壓為3.3～4.8V，可工作在休眠和空閑狀態。本系統中利用STC89C52的UART口經電平轉換后與TC35i相連，另用兩個I/O口控制GSM模塊的復位和開機。這樣下位機就可以在第一時間利用GSM模塊向護士和醫生發送相關信息了，醫護人員的SIM卡號可通過護士站上位機軟件寫入到下位機的E2PROM中。

3 系統軟件設計

3.1 系統通信

醫務監控中心（護士站）和病房監控從機通過CAN總線進行有線通信，每個病房有獨立的ID號，通信時先由主機發出地址幀，ID號匹配的從機與主機通信，完成點滴狀態信息的上傳和控制設定。而醫生可通過GSM手機模塊第一時間獲知患者輸液結束等相關消息，為安排相應處置（換藥、查體、輔助檢查等）做好準備。

護士站PC機的操作軟件利用VC++編寫，上位機軟件的功能是設定點滴速度，然后送給病房的下位機，當點滴瓶中的液體還剩2～3cm時，紅外對管接收到信號并傳送給單片機，單片機通過蜂鳴器報警，提示病人及陪護人員，同時將報警信息送給上位機，在上位機的接收區會顯示接收到的報警數據，指示燈會變成紅色作為報警。

3.2 下位機軟件設計

下位機軟件主要是完成點滴速度的檢測、調節和顯示、液位檢測和報警，發送和接收數據等命令。設計的主要思路是，將液滴探測電路的輸出信號輸入單片機的外部中斷，同時利用片內定時計數器測出點滴的滴數和所需要時間，測三次后取其平均值，作為當前的滴速值。

4 結束語

本系統的設計旨在使點滴輸液的控制智能化和網絡化，提高醫療設備的自動化水平。經實驗環境調試后，記錄實驗數據并分析實驗結果得出以下結論。滴速誤差小于±5（滴/分鐘），相對誤差控制在 5%以內；輸液即將結束時病房下位機可及時報警并通知醫護人員；GSM模塊很好地輔助醫生完成了查房、換藥、書寫病歷等工作。因此，本智能輸液監控系統能夠完成對點滴過程的有效控制，讓病人感覺到輸液更加安全、放心，同時為醫護工作提供便利，具有較高的應用和推廣價值。

參考文獻

[1]陳麗婭，楊蕓.醫用點滴自控裝置的研制[J].現代電子技術，2006，13：107-108.

[2]張毅剛.單片機原理及應用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]李 ，余學飛，陳光杰，等.基于單片機的輸液監控系統設計[J].醫療設備信息，2006，21（6）：13-14.

[4]楊欣宇，劉正亮.基于AT89C51的液體點滴速度監控系統的設計與實現[J].齊齊哈爾大學學報，2005，21（6）：55-57.

作者簡介：白龍，牡丹江師范學院，碩士研究生，講師，研究方向：智能檢測與控制。