無人值守的點滴智能監測控制系統

陶小鳳 毛春霞 官洲洋 曾盼 徐建

摘 要：研發一種移動智能輸液終端及無線網絡管理系統，實現對輸液過程中氣泡、堵塞、漏液以及使用者位置等情況的實時監控。系統以TI芯片作為主控單元，利用步進電機控制滴速，采用RFID技術對點滴瓶進行跟蹤，同時通過主從通信（CAN）實時監控，再將系統采集到的信息通過總線傳送給CC3200，最后將其傳送到云端完成數據顯示與自動化控制等功能。

關鍵詞：實時監控;TI芯片;步進電機;RFID 技術;主從通信;CC3200

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2019）10-00-02

0 引 言

隨著電子信息技術的迅速發展與應用，醫療設備的發展使靜脈點滴逐漸從人工監守轉移到自動監控，在靜脈點滴過程中使用電子設備進行監測。通過走訪醫院進行調查，了解到目前傳統輸液過程中存在諸多不便之處，如輸液時滴速異常、管路堵塞、有危險氣泡[1]、輸液完畢無提示以及家屬實時監控無法休息等，為此本文設計了一款多功能智能點滴監測系統。

1 整體設計

本產品采用主從通信（CAN）方式，由CAN總線[2]連接各個子系統。CAN接口由CAN控制器與CAN收發器兩部分組成。本設計采用MCP2510作為CAN控制器，主要用于實現物理信令子層與數據鏈路層，CAN收發器采用TJA1050，是用于與物理傳輸媒體連接的子層接口。系統總體框圖如圖1所示。

CAN具有檢錯機制與錯誤處理系統，傳輸距離遠、實時性強，即使發送的信息遭到破壞，也可以重新發送，既能為系統的安全運行提供保障，又為醫護人員迅速發現病床輸液問題并及時解決奠定了基礎。

2 硬件設計

本智能醫療輸液裝置基于STM32開發板設計，從液位與滴速兩方面對輸液過程進行監測。

2.1 液位監測

液位監測采用XCK-Y25型號非接觸式液位傳感器，液位傳感器[3]（探頭）安裝于被測容器外壁的上下方（液位的高位與低位），無需與液體直接接觸，具有高穩定性、高靈敏度，抗干擾能力強，不受外界電磁干擾等優點。它利用水的感應電容檢測是否有液體存在，當液面慢慢升高接近感應器時，液體的寄生電容耦合到靜態電容上，使感應器的最終電容值變大，然后將變化的電容信號轉換成電信號，計算出該變化量，當超過一定閾值時就認為液位到達感應點，再將數據傳輸至單片機進行融合處理，最后傳送至護士端，使醫護人員對藥液的剩余量有一定的了解，當輸液管頂端沒有藥液時，蜂鳴器開始報警，紅色小燈閃爍，提醒醫護人員輸液完畢以便更換藥液或拔針，避免出現回血等意外。

2.2 滴速監測

滴速監測采用紅外對射式光電開關，對滴管里藥液的滴速進行監測，通過測量液滴之間的間隔時間來計算每分鐘的滴流速[4]。當滴速與設定的初始值不同時，通過步進電機控制輸液管的松緊，改變輸液管的藥液橫截面積[5]，使滴速恢復正常，以此達到控制液滴流速的目的。防止由于滴速異常給患者帶來不適或引發醫療事故，滴速監測流程如圖2所示。

2.3 RFID標簽

在每位病人所用的藥瓶上貼上RFID標簽，通過手機的NFC功能向RFID標簽中寫入信息，病人可通過手機的NFC讀取功能，讀取前期寫入的信息，降低出錯概率;利用RFID技術對點滴瓶進行跟蹤，可通過無線電信號識別特定目標并讀寫相關數據[6]，極大地減少外界對藥瓶跟蹤帶來的干擾，同時也在很大程度上降低了醫護人員的工作強度。RFID信息讀取流程如圖3所示。

3 軟件系統

3.1 CC3200

為了實現數據的可靠傳輸，本設計采用CC3200的TCP套接字，提供面向連接、可靠的字節流服務?？蛻襞c服務器建立一個TCP連接后才能傳輸數據，同時提供超時重傳、檢驗數據、擁塞避免等功能，保證數據能從一端傳送至另一端。

傳感器網絡將檢測到的數據通過CC3200模塊傳送至主控制器，主控制器對采集到的數據進行融合、分析處理得到較為準確的數據，然后傳送至控制系統?？刂破鳙@取到數據后進行整理、分析和判斷，產生兩路占空比可調的PWM對系統進行控制：一路PWM用來驅動減速直流電機，實現GPS導航功能;另一路PWM驅動步進電機實現自動調節滴速功能。

3.2 網頁顯示

系統微處理器的程序開發軟件采用德國KEIL 公司的MDK5。全球有超過10萬嵌入式開發工程師使用MDK，目前其最新版本為MDK5.14。該版本使用μVision5 IDE集成開發環境，是目前針對ARM處理器，尤其是Cortex M內核處理器的最佳開發工具，μVision IDE從MDK4.7版本開始就加入了代碼提示與語法動態檢測等功能。

本文系統主要利用Eclipse完成整個Web的后臺開發。Eclipse是一個開放源代碼的軟件開發項目，專注于為高度集成的工具開發提供一個全功能的、具有商業品質的工業平臺。Web主要基于硬件返回的數據進行操作，主要目的是反映點滴瓶每時每刻的信息，以實現及時處理輸液異常的功能，避免出現管路堵塞、血液回流的狀況。軟件工作流程如圖4所示。

4 結 語

本文產品與醫療系統相互配合，實現了護士站與病床端的一站式管理，非常適合在醫院進行推廣，可有效減少醫療糾紛，提高醫療服務質量，該系統是輸液管理及臨床護理模式的一次變革，提升了現代化醫院的信息化管理水平。

注：本文通訊作者為徐建。

參 考 文 獻

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