基于單片機的智能輸液服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u259721緒論 緒論1.1課題背景春姑娘果然是多變的，昨天還穿短袖，今天就要穿毛衣了，經(jīng)不住天氣的變化，終于在春姑娘的細心“照料”下，我感冒了，去醫(yī)院檢查，醫(yī)生說需要進行靜脈輸液治療，在打點滴的過程中，看到有一個女孩也在注射治療，她有人在陪同，快注射完的時候，陪同的人跑到護士站叫工作人員幫女孩換藥，看到這，我就在想，像我這樣一個人來醫(yī)院注射治療，沒有陪同，如果我睡著了或者醫(yī)生離得遠，聽不到我的呼喊怎么辦。打完點滴回來查閱了很多資料，發(fā)現(xiàn)有這種靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)的裝置，便詳細的閱讀了一下。到現(xiàn)在為止我國現(xiàn)在社會人口老齡化的問題比較突出。在天氣變化反復無?；蛘呤且馔獾冒l(fā)生，人們的身體健康問題成為國內(nèi)外共同面對的問題。健康問題的出現(xiàn)，避免不了使用靜脈輸液系統(tǒng)來幫助人們恢復身體健康。現(xiàn)如今醫(yī)院各地普遍使用的都是傳統(tǒng)靜脈輸液系統(tǒng)來進行治療。傳統(tǒng)的靜脈輸液系統(tǒng)，只能通過手動撥動調(diào)節(jié)輸液速度開關(guān)來調(diào)節(jié)液滴的流速，因為每個人的體質(zhì)不同，能承受的液體流速也不一樣。尤其是有的病人病情必需要嚴格管制輸液液滴流速，現(xiàn)在控制液滴流速的方法只能依靠醫(yī)院工作人員的工作經(jīng)驗來調(diào)節(jié)，或是病人清醒時或有家屬陪同時，看著輸液是否完成來呼喊醫(yī)護人員進行處理，是否拔針或是加藥。這種方法十分不方便，而且當液體輸完，沒有及時處理會導致輸液管空管，進而可能會導致病人血液回流到空的輸液管中，嚴重時還可能會導致病人輸液處腫脹，甚至會造成病人生命財產(chǎn)安全出現(xiàn)問題，從而觸發(fā)醫(yī)患關(guān)系問題。對患者來說生命安全構(gòu)成威脅，對醫(yī)生來說，要隨時觀察輸液情況，工作量直線上升，給他們構(gòu)成很大的壓力，也會讓他們提心吊膽，精神得不到放松，不利于接下來的工作。根據(jù)這些，我們的一些學者、工作人員便研究和發(fā)明了這種可以減輕醫(yī)生們的工作量，減少病人二次受傷的系統(tǒng)裝置，取名為智能輸液系統(tǒng)的裝置，這種裝置可以代替病人或者是病人家屬一直看著、盯著輸液是否完成呼喊醫(yī)生的工作，而且也解決了醫(yī)生工作量大、精神緊繃的問題，使醫(yī)生們有更多的時間來解決其他病人問題。這種裝置可以表示出輸液量的多少、輸液病床距離的遠近、病人病床床位分散和不同病人的輸液狀況。省時省力，減輕醫(yī)生工作量，減少醫(yī)療事故發(fā)生尤為突出的特點。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀世界外各大研究學會為了減少靜脈輸液治療過程中醫(yī)院工作人員的工作強度，同時降低減靜脈輸液治療過程中輸液管藥液注射完，輸液管出現(xiàn)空管情況時處理不及時就有可能給患者生命財產(chǎn)安全帶來隱患的問題，將大量的時間、金錢和精力投入到了智能監(jiān)控設(shè)備的開發(fā)和改進上。其實早就有類似的發(fā)明，有些不太全面不太完善，學者和研究者們都在一點一點的改善，就目前來說靜脈輸液系統(tǒng)主要歷經(jīng)了四個時代。主要是機械式的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)、電容式的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)、電極式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)跟現(xiàn)在用韻較普遍的光電式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)。以下一下稍微詳細的介紹下這四種監(jiān)控系統(tǒng)。(1)機械式的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)機械式的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)的時間相對于其他監(jiān)控系統(tǒng)要早，這種系統(tǒng)主要是利用輸液過程中瓶內(nèi)的藥液的逐漸減少而使得輸液瓶瓶身重量變輕，也就是使用稱量物體重量的方法來計算檢測測量輸液瓶內(nèi)的藥余量地變化，然后達到此監(jiān)控系統(tǒng)的目的。但是又因為藥液不同重量也就不同，輸液瓶得制造材質(zhì)不同，重量也不同所出現(xiàn)的計算不精確的好多問題。(2)電容式的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)每一樣東西的問世，總是會有不足，機械式的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)的問世滿足不了學者最初的愿景，因為其還存在許多問題，所以電容式的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)便被發(fā)明出來了，它的工作原理是由于輸液過程中藥液液體在輸液瓶中的液面慢慢低降低，更具輸液瓶中的電容長度變化，檢測瓶內(nèi)液體剩余。兩種監(jiān)控系統(tǒng)相比較下，電容式的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)實用性跟準確性都得到了大大地程度的提升，可還是存在因為輸液瓶大小不一、輸液瓶材質(zhì)的問題導致的測量標準不統(tǒng)一等問題。(3)電極式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)電極式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)的問世相比前兩種的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)的方式準確性得到了相對更進一步的提高和改善，同時，設(shè)計比較簡單尤其是可操作性很強大。它的原理就是將電極插入莫菲式管之中，利用藥液液體下落過程帶給電極極性中斷得影響，從而達到對病人輸液點滴過程中輸液瓶內(nèi)藥液所剩量進行監(jiān)控檢測的目的?？墒撬€是存在一些問題，也是一個很重要的問題，就是它要插在藥液之中，在衛(wèi)生安全方面不達標。(4)光電式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)由于以上問題的出現(xiàn)，學者們又一一攻破，研發(fā)創(chuàng)造了光電式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)，光電式靜脈輸液監(jiān)測法是就如今而言學者們比較滿意，國內(nèi)外各大醫(yī)院更加愿意采用的一種監(jiān)控方法，它集齊了以上是三種方式得幾乎所有有點，不論是在衛(wèi)生上還是可操作性上都比較安全和強大，準確性也相對來說比較準，使用方法簡單方便等等特點。原理是在電極式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)下在莫菲式管的外壁兩面安上了一對紅外對管，讓它來接收信號和發(fā)射信號，當輸液液滴在下落過程中阻礙或是中斷了紅外對管的信號交流時，就會產(chǎn)生較弱的電信號，然后再對這個所接收的電信號進行放大處理后得到輸液液滴的實時流速，在通過一些計算系統(tǒng)就可以對瓶中的藥液液體體積余量進行實時的監(jiān)控。[1]在參考和借鑒學者們發(fā)明的靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)的原理和經(jīng)驗下，本次的畢業(yè)設(shè)計實驗將采用四種是相比較下較為優(yōu)秀的光電式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)。但是因為此次設(shè)計中涉及到的藥物的種類不同，有些藥品的物理特性不可見光，所以本次設(shè)計決定利用紅外線對靜脈輸液的液滴信號進行檢測。通過光電式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)中紅外對管發(fā)射接收信號，然后再把其中的電信號進行放大處理的方法，將電信號轉(zhuǎn)換成單片機能夠處理分析的二進制電平。利用這種方法，實現(xiàn)了本次畢業(yè)實際實驗中對液體的動態(tài)變化監(jiān)測的目的。由于時代的不停發(fā)展，光電式靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)儀器也在不斷地發(fā)展，主要形成了無線光電式數(shù)據(jù)傳送和有線光電式數(shù)據(jù)傳送兩種傳送方式。有線光電式數(shù)據(jù)傳輸在實際的過程中會有許多阻礙和困難，所以經(jīng)過深思熟慮以后決定本次實際實驗過程中采用更加簡潔方便的無線通訊技術(shù)來完成實驗設(shè)計。

2靜脈輸液監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案計2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計此次的設(shè)計如課程題目所示，基于單片機的情況下，單片機將采納的型號為STM32。通過紅外對管對輸液液體瓶內(nèi)藥液進行實時檢測，得到數(shù)據(jù)后傳送給單片機，然后單片機根據(jù)輸液液體速度來計算監(jiān)控當前輸液瓶中藥液液體剩余量，當液體體積<20mL時，監(jiān)控系統(tǒng)就會檢測到，這時蜂鳴器就會發(fā)聲報警；當輸液藥瓶內(nèi)液滴速度>100滴/min或<10滴時，監(jiān)控系統(tǒng)就會檢測到，蜂鳴器就會發(fā)聲報警，提醒醫(yī)護人員手動調(diào)整滴速到合適速度。當然還會有一種情況，就是當紅外對管檢測找不到有輸液液滴穿過的時候，速度異常指示燈也會長亮，因為設(shè)計系統(tǒng)系統(tǒng)默認認為此時液滴速度是0。一鍵報警相信大家一目了然，在緊急情況下可以通過按下一鍵報警按鈕來觸發(fā)報警。報警信息通過采集端報警模塊發(fā)出，再由中心報警端接收，由中心報警端的單片機處理，將報警信息投視放在液晶屏上，通知醫(yī)院相關(guān)人員，兩者的聲光報警是同時進行的，醫(yī)生在得知報警信息后再通過中心報警系統(tǒng)來取消報警。同時，監(jiān)控系統(tǒng)還將實時檢測瓶內(nèi)藥液的溫度，根據(jù)病人輸入不同藥液，可自動加熱藥液，使病人輸入藥液效果更好。2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及流程圖圖SEQ圖\*ARABIC1系統(tǒng)程序框圖系統(tǒng)總體設(shè)計流程框圖如REF_Ref10751\h圖1系統(tǒng)程序框圖所示。系統(tǒng)的構(gòu)建就必須要有各部分功能組件，就是信號采集部分跟中心報警部分。信號采集部分：電源模塊、輸液液滴檢測模塊、無線傳輸模塊(NRF2401)、LCD1602顯示模塊、參數(shù)設(shè)定模塊、報警模塊、溫度檢測模塊。中心報警模塊跟信號采集部分的組成部分大致相同，除掉輸液液滴檢測模塊、參數(shù)設(shè)定模塊就是他了。它的主要作用，是通過無線模塊接收多個采集端發(fā)送地報警信號再通過這個中心報警處理后，再由STM32處理并發(fā)出對應的報警，這時中心報警處的顯示屏就會在醫(yī)生值班室顯示出病人報警的位置，方便醫(yī)生即使處理。信號采集模塊和中心報警模塊都是由NRF2401進行無線通信。主要是因為這個它可實現(xiàn)多對一信號地傳輸，這樣我們不管有幾個床位和幾個病房，只用一個中心報警就可以作到報警啦。3系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1單片機型號選擇STM32作為最小處理器，擁有著高速化的處理能力（時鐘頻率可高達72兆赫茲），其芯片內(nèi)部集成的外設(shè)接口資源十分豐富，如集成定時器，符合CAN2.0標準的CAN控制器模塊以及64k的Flash，ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器），SPI（串行外設(shè)接口），I2C(支持SMBus/PMBus)，USB，UART（支持ISO7816接口，LIN，IrDA接口和調(diào)制解調(diào)控制）等多種功能。其自帶電壓穩(wěn)壓芯片，方便進行電平轉(zhuǎn)換，5V可以用MircoUSB接口接入，或者由排針標志5V接入，采用的是SWD調(diào)試接口，該接口3接口就能完成調(diào)試下載任務(wù)。STM32F103C8T6芯片可以仿真63K程序空間,以及64K的16位地址空間來使用,全部64K的16位地址空間，可以仿真32條I/O腳，使用C51C語言進行調(diào)試，所有變量觀察都可以方便地進行,把鼠標放在某一個變量上就會出現(xiàn)它此時的值，支持0到40兆赫茲的晶振頻率，體積小，插入板中方便。本次設(shè)計選用的STM32單片機的型號為STM32F103C8T6。STM32代表英國Acorn有限公司設(shè)計的Cortex-M內(nèi)核的32位微控制器。F代表芯片子系列。103代表增強型系列。C代表48腳。8代表內(nèi)嵌64K字節(jié)Flash的容量。T代表LQFP（Low-profileQuadFlatPackage薄的四方扁平式封裝技術(shù)）封裝。6代表-40——85℃范圍內(nèi)正常工作。其最小系統(tǒng)如所示。圖SEQ圖\*ARABIC2STM32最小系統(tǒng)3.2無線通訊模塊設(shè)計3.2.1無線通訊元器件選擇元器件的選擇，NRF2401為此次無線收發(fā)器，設(shè)計需要其有以下幾個特點，第一，傳輸數(shù)據(jù)以及接受數(shù)據(jù)反應要迅速；第二，接收器的個頭要盡可能縮小；第三，功耗要相對小。NRF24L01性價比較高并且比較滿足本次設(shè)計的基本需求，容易上手，范圍廣。故用它。REF_Ref14519\h表1T5743與NRF24L01功能參數(shù)比較，REF_Ref14526\h表2NRF24L01引腳功能表。表SEQ表\*ARABIC1T5743與NRF24L01功能參數(shù)比較芯片類型T5743nRF24L01電流功耗（掉電模式）9.0mA900nA正常工作的溫度范圍-40℃～125℃-40℃～80℃數(shù)據(jù)傳輸速率32b/s1Mbps/s功率范圍7-10dBm-18～0dBm表SEQ表\*ARABIC2NRF24L01引腳功能表引腳編號名稱引腳功能詳細描述1CE數(shù)字輸入RX或TX模式選擇2ANT1天線天線接口13XC1模擬輸入晶體振蕩器1腳/外部時鐘輸入腳4VDD電源電源(+3V)5IRQ數(shù)字輸出可屏蔽中斷腳6MOSI數(shù)字輸入從SPI數(shù)據(jù)輸入腳7VDD-PA電源輸出給RF的功率放大器提供的+1.8V電源8CSN數(shù)字輸入SPI片選信號9SCK數(shù)字輸入SPI時鐘10MOSI數(shù)字輸入從SPI數(shù)據(jù)輸入腳11MISO數(shù)字輸出從SPI數(shù)據(jù)輸出腳12XC2模擬輸出晶體振蕩器2腳NRF24L01由四種工作模式，如下REF_Ref14621\h表3NRF24L01的工作模式表所示。表SEQ表\*ARABIC3NRF24L01的工作模式表模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器狀態(tài)接收模式111發(fā)射模式101數(shù)據(jù)在TXFIFO寄存器中發(fā)射模式101→0停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完待機模式1101TXFIFO為空待機模式21-0無數(shù)據(jù)傳輸?shù)綦?3.2.2無線通訊電路設(shè)計及連接分布將單片機的PB4-PB9將與無線模塊的6個端口實行連接，其代表的符號分別為圖中3到8所對應的字符。無線模塊處于正常發(fā)送時，CE處于高電平，CSN處于低電平時，使能就會輸出；如果不是使能就沒有輸出。具體電路設(shè)計如REF_Ref3572\h圖3NRF2401電路圖所示。圖SEQ圖\*ARABIC3NRF2401電路圖3.3滴速檢測模塊設(shè)計及連接分布滴速檢測模塊選用紅外對管作為檢測元件，此材料主要是因為其特點就是僅對紅外線相對比較敏感，對其它的可見光不怎么敏感，然后在通常情況下它的體積相對來說體積都相對較小的，安裝使用也比較方便快捷，紅外對管的應用領(lǐng)域比較尋常，比較普及。我需要一個電信號，將它傳入單片機中，這個紅外對管可以滿足設(shè)計的要求，它可把光信號轉(zhuǎn)變成電信號，所以就選用了它。本次設(shè)計選用的LM358芯片共有8個引腳。這個芯片里面有2組放大電路，我這次的靜脈輸液系統(tǒng)設(shè)計使用了5、6、7這3個引腳，作用就是為了放大紅外對管檢測到得電信號，紅外對管發(fā)出一個電信號到5號引腳，經(jīng)過放大電路把她放大以后再從7號引腳出來給單片機相對應的引腳。滴速檢測電路由信號放大電路以及液滴檢測電路兩部分構(gòu)成。其中信號放大電路顧名思義，其作用就是放大，把接收到的信號進行放大處理，本次設(shè)計選用的LM358芯片共有8個引腳。這個芯片里面有2組放大電路，我這次的靜脈輸液系統(tǒng)設(shè)計使用了5、6、7這3個引腳，作用就是為了放大紅外對管檢測到得電信號，紅外對管發(fā)出一個電信號到5號引腳，經(jīng)過放大電路把信號放大以后再從7號引腳出來給單片機相對應的引腳。模塊中的電容與電阻并聯(lián)然后就構(gòu)建出了我要的負反饋電路。電路自激就是經(jīng)過所設(shè)計的并聯(lián)電路來減少、降低，保證交流信號能夠成功傳輸?shù)诫娐分?，到最后還要依靠電位器來調(diào)節(jié)放大電路放大系數(shù)來滿足設(shè)計的需求。REF_Ref3745\h圖4滴速檢測電路是這個模塊的電路設(shè)計以及連接分布。圖SEQ圖\*ARABIC4滴速檢測電路3.4顯示電路設(shè)計以及連接分布本次設(shè)計選用的顯示元件是LCD1602,LCD1602顯示芯片是可以直觀顯示我們所需要的數(shù)據(jù)，文字形式或字母形式，達到本次設(shè)計的要求，它滿共有一十六個針腳，不過本次的設(shè)計只運用了其中的3個引腳，分別是為：使能信號（E）；讀寫選擇（R/W），高效低耗能，高效讀取信息，低耗執(zhí)行操作；數(shù)據(jù)命令選擇器（RS）。跟（R/W）優(yōu)圖SEQ圖\*ARABIC5LCD1602顯示電路點差不多，但它也作指令的寄存器。顯示屏的D0-D7以此使用單片機的PA0-PA的引腳來進行連接，此外單片機的引腳PB0對RS，引腳PB10對RW，引腳PB11對E連接。用PA0口將數(shù)據(jù)及時輸送到顯示屏中，液晶屏就會把信息辨識出來并顯現(xiàn)。圖中3rd引腳是對顯示屏的對比度調(diào)整，還要靠著電位器來調(diào)節(jié)它的對比度，系統(tǒng)中依靠PB11與4th引腳連接作用是對其中的寄存器選擇調(diào)控，使用PB10與5th引腳來調(diào)控顯示屏中的讀寫信號線，然后再擁PB0來調(diào)控顯示屏中的液晶使能端，然后再把單片機的I/O口與顯示器中的雙向數(shù)據(jù)端進行連接，REF_Ref4036\h圖5LCD1602顯示電路就是顯示電路以及連接分布。3.5按鍵電路設(shè)計以及連接分布按鍵電路有4個按鈕，REF_Ref17531\h圖7按鍵電路為其電路連接，S1是滴速閾值++，S2是滴速閾值--，顧名思義按下這個兩個按鍵可以根據(jù)需求調(diào)整滴速，每按一下閾值增加或減少1滴/min。S3是溫度設(shè)定，通過這個按鍵可以設(shè)置輸液溫度。S4是用來報警的按鈕，按下就可以到達報警目的。圖6為按鍵電路圖以及連接分布。單片機PB12對按鍵S1、PB13對按鍵S2、PB14對按鍵S3、PB15對按鍵S4，當按鍵被按壓下使，端口的電平由高電平轉(zhuǎn)變成為低電平，單片機接收到這一信號變化就可以讀懂指令并能夠做出對應的功能。中心報警板上有兩個按鈕，就是系統(tǒng)復位鍵和取消報警鍵。圖SEQ圖\*ARABIC6按鍵電路3.6聲光報警電路設(shè)計以及連接分布這次的聲光報警電路是由三極管、蜂鳴器、電阻、電容和一個發(fā)光二極管構(gòu)成。報警電路設(shè)計以及連接分布圖如REF_Ref15950\h圖7報警電路所示。當無線傳輸模塊收到信號后，信號發(fā)到單片機，然后再處理發(fā)出，也是通過一個高低電平的變化來完成系統(tǒng)操作。圖SEQ圖\*ARABIC7報警電路3.7電源電路設(shè)計以及連接分布為了簡單、安全、可操作性強，將運用大家長見的USB數(shù)據(jù)線供電，一端插在電腦的5V上，一端給電源模塊。經(jīng)過變換后輸出3.3V電壓，給STM32單片機和無線模塊供電。具體電路設(shè)計如REF_Ref16018\h圖8電源電路所示。圖SEQ圖\*ARABIC8電源電路3.8溫度檢測模塊以及連接分布本次設(shè)計的溫度采集模塊，智能輸液服務(wù)系統(tǒng)使用的溫度檢測采用的溫度傳感器是DS18B20。在該系統(tǒng)中這種溫度傳感器的接線方式更容易讓大多數(shù)的人接受，比較容易學會，通過調(diào)查可以知道這種溫度檢測器可以在很多檢測溫度的地方都可以用到。通過對這種溫度傳感器調(diào)查應用的地方比較廣泛，比如可以用在燈光源環(huán)境測溫也可以使用在機房測溫等多種非極限溫度場合。這種溫度傳感器可以根據(jù)工作的地點的不同來改變溫度傳感器的外觀，溫度傳感器有很多種其中管道式和不銹鋼式以及磁鐵吸附式運用的范圍比較廣。這種溫度傳感器的特點有以下幾種，第一個特點就是體積比較?。坏诙€特點就是成本比較低；第三個特點就是抗干擾能力比較強；第四個特點就是這種溫度傳感器使用起來比較方便，封裝的樣式可以根據(jù)不同的場合來改變封裝的形式，適合工作在任何的設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域.在工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的各種控制現(xiàn)場，經(jīng)常需要對現(xiàn)場的溫度信號進行測量和控制，以前用的比較廣是熱敏電阻，近年來使用溫度傳感器DS18B20得到了廣泛的應用，這種溫度傳感器的優(yōu)點就是與單片機連接就需要一根線，操作比較簡單，且編程就可以對其控制。還有就是該芯片的測溫范圍是-55℃到+125℃，固有測溫誤差1℃。DS18B20一共有3個引腳，1引腳為地GND,2引腳是數(shù)字信號的輸入和輸出DQ，3引腳為外接供電電源VDD。溫度傳感器的電路圖設(shè)計連接如REF_Ref5355\h圖9DS18B20電路圖所示。1引腳GND接地，3引腳VDD接+5V電源，2引腳DQ與單片機的PC13連接，再連接一個10K的上拉電阻。圖SEQ圖\*ARABIC9DS18B20電路圖3.9加熱裝置電路以及連接分布本次設(shè)計采用的加熱裝置是陶瓷PTC熱敏電阻，跟一些傳統(tǒng)的加熱裝置相比，其具有沒有明火、溫度提升迅速、發(fā)熱程度易調(diào)節(jié)、安全性高、受外界影響較小等優(yōu)點。PTC熱敏電阻的工作電壓為220V，工作電流較大，STM32單片機無法直接控制加熱裝置的通斷。在這里需要使用一個固態(tài)繼電器來控制加熱裝置的通斷。同時，由于STM32單片機的I/O口的驅(qū)動電流較小，無法直接驅(qū)動繼電器工作，因此需要在單片機I/O口后面連接一個驅(qū)動芯片（ULN2003）來提高驅(qū)動電流。單片機對繼電器進行控制時需要采用低電平驅(qū)動方式，增加I/O口的驅(qū)動能力，所以在I/O口后再連接一個反相器74LS14。單片機通過I/O口的輸出控制繼電器的開合，當繼電器的開關(guān)閉合時，晶閘管的門極觸發(fā)電路導通，即晶閘管導通，220V的交流電壓直接作用于PTC陶瓷發(fā)熱元件，開始對輸液管內(nèi)藥液進行加熱。電路如REF_Ref17919\h圖10加熱裝置電路所示。圖SEQ圖\*ARABIC10加熱裝置電路當單片機接收到來自溫度傳感器DS18B20檢測的溫度后，與預先設(shè)定的溫度進行比較，如果當前溫度低于設(shè)定溫度，則接通繼電器使PTC加熱裝置開始工作，如果當前溫度高于設(shè)定溫度，則斷開。3.10信號采集板電路設(shè)計以及連接分布以本次設(shè)計選用的單片機為主，電路圖和連接分布如REF_Ref17083\h圖3信號采集板電路所示。STM32的PB12-PB15的四個點分別與S1、S2、S3、S4四個按鍵一一對應，其中S1表示滴速閾值++，S2表示滴速閾值--，S3表示藥瓶規(guī)格選擇，S4表示一鍵報警；滴速檢測電路中，PB11與靜脈輸液液滴檢測7引腳輸出信號OUT相連；電容C10與C11是容量20pF的起振電容，電容產(chǎn)生了震蕩電流而后產(chǎn)生了設(shè)計所需時鐘信號；設(shè)計的這個系統(tǒng)復位電路跟RST連接，它的存在不僅可以穩(wěn)定電路，還可以提高這個系統(tǒng)穩(wěn)定性；VCC接經(jīng)變換后的3.3V電源，GND表示接地。PB5引腳對CE，PB6引腳對CSN對，PB7引腳對SCK，PB8引腳對MOSI，PB9引腳對MISO，P10引腳對IRQ,它們6個來自無線模塊。圖SEQ圖\*ARABIC11信號采集單片機外圍接口系統(tǒng)想要運行前要將顯示屏初始化或者是格式化，這樣可以降低誤差，同時保證系統(tǒng)正常，系統(tǒng)處于正常運作時，每一個LED指示燈也都是處于正常狀態(tài)下，當有人按下報警鍵以后，單片機PA8與PB12為低電平，晶體管就打通了，蜂鳴器就會發(fā)聲報警。單片機PA9口為高電平時二極管就會持續(xù)發(fā)光。這種狀態(tài)時無限接收器中的CSN為低電平，使能端是輸出狀態(tài)，CE為高電平，此時會立刻傳出報警信號。輸液液滴流速的檢測原理是：液滴落下經(jīng)過紅外對管，產(chǎn)生一個特定的脈沖信號，信號傳輸?shù)叫酒?，對應的指示燈發(fā)光二極管也將不亮，也就是說此時紅外對管已經(jīng)接收到了信號。隨后把數(shù)字信號傳入PB11引腳當中。再由系統(tǒng)計算，將計算所得數(shù)據(jù)投入到顯示屏中，進行顯示。而在當輸液液滴流速的實際速度異常時，單片機P9會立馬發(fā)射出1個高電平，這個高電平的出現(xiàn)就會讓發(fā)光二極管亮，PA8的接口為高電平時，整個晶體管就會敞開被接通，蜂鳴器就會響，就是說發(fā)出報警了。3.11中心報警板電路設(shè)計以及連接分布當患者在輸液過程中出現(xiàn)異常情況時，需要及時提醒醫(yī)生前往查看，這時就需要在護士站設(shè)置一個中心報警電路，這次用到的單片機還是本次課題重中之重的STM32，借助于無線傳輸接收模塊輸送過來的信息進行判別和解析，REF_Ref9920\h圖12中心報警單片機外圍接口就是設(shè)計思路電路圖以及連接圖。圖SEQ圖\*ARABIC12中心報警單片機外圍接口單片機PA9口接蜂鳴器，PB14連接警示燈，PB15連接取消報警按鍵。PA0-PA7對應接液晶顯示屏的幾個引腳，PB0、PB1、PB10對應LCD1602的RS、RW和E接口，圖上有詳細連接。單片機PB4-PB9引腳與無線通訊模塊的6個引腳一一對應，XTAL跟晶振連到一起。通俗來講這個系統(tǒng)的作用就是顯示采集到報警信號，然后再液晶屏上表達出來，告訴報警位置，提醒醫(yī)護人員快速準確找到病人所在位置。4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1輸液系統(tǒng)總流程圖信號采集模塊單片機通電開機后，進行系統(tǒng)各模塊的初始化操作，初始化內(nèi)容都包括設(shè)置定時器、計數(shù)器、LCD1602屏、無線通信模塊等的初始化設(shè)置，初始化完成后，單片機進入工作狀態(tài)。首先是進入鍵盤掃描子程序，通過鍵盤輸入自己設(shè)定的輸液滴速值、輸液溫度值和輸液患者編號，輸入工作完成后采集輸液信號的單片機開始正常地監(jiān)控各輸液參數(shù)，實時地采集當前輸液管的滴速值和輸液溫度值，并將這些數(shù)據(jù)通過無線通信的方式發(fā)送至中心報警模塊的單片機中。當一旦發(fā)生異常情況（如輸液完成、點滴滴速異常）時，首先可以判斷當前輸液是否完成，若紅外檢測設(shè)備檢測不到液滴信號，并且檢測到輸液管內(nèi)的藥液高度低于設(shè)置的警戒高度，則可以判斷此種情況為輸液即將完成，否則可以判斷為發(fā)生輸液管堵塞等需要處理的緊急情況，中心報警模塊的單片機發(fā)出警報信號，同時在LCD1602的顯示屏顯示出現(xiàn)異常情況患者的位置，提醒醫(yī)生立刻前往處理。圖SEQ圖\*ARABIC13系統(tǒng)主流程圖4.2LCD1602程序設(shè)計流程圖首先要把顯示屏初始化，然后看顯示屏是否處于忙碌狀態(tài)，若不是，則設(shè)置顯示位置，傳入要顯示的數(shù)據(jù)，若是，則等待，如REF_Ref16208\h圖14LCD1602程序設(shè)計流程圖所示。圖SEQ圖\*ARABIC14LCD1602程序流程圖4.3溫度控制模塊程序設(shè)計系統(tǒng)上電復位之后，首先要初始化數(shù)字溫度傳感器DS18B20，之后讀取醫(yī)生通過按鍵設(shè)定好的藥液溫度，然后等待傳感器檢測當前藥液溫度。在接收到讀取溫度命令后，DS18B20通過數(shù)字信號輸入/輸出端DQ將溫度轉(zhuǎn)換值傳送給單片機。系統(tǒng)每隔ls讀取一次溫度傳感器轉(zhuǎn)換的溫度值，計算DS18B20檢測的藥液溫度與醫(yī)生設(shè)定的溫度之差，然后再決定繼電器控制加熱裝置的接通或斷開。單片機將接收到的當前藥液溫度與設(shè)定溫度進行比較，根據(jù)要求規(guī)定輸液溫度控制精度為設(shè)定溫度士2℃，如果測得的當前藥液溫度與設(shè)定的溫度差值小于2，則繼電器保持原來的狀態(tài)不變;如果兩者的差值大于2，則要通過單片機控制繼電器來實現(xiàn)對PTC熱敏電阻電源的通斷，此時就需要再比較該差值是否大于0，如果該差值大于0，則需要單片機控制繼電器斷開PTC熱敏電阻的電源，防止藥液過熱，如果該差值小于0，則通過單片機控制繼電器打開PTC熱敏電阻，對輸液管里的藥液進行加熱。溫度檢測和控制流程圖如REF_Ref10852\h圖15溫度控制模塊程序設(shè)計所示。圖SEQ圖\*ARABIC15溫度控制模塊程序設(shè)計4.4接收模式總流程圖操作開始運行，首先先要將系統(tǒng)初始化，主循環(huán)開始，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)，查看是否收到一幀NRF24L01的數(shù)據(jù)，若是，根據(jù)收到的數(shù)據(jù)，對應的報警LED燈閃爍。不是的話，檢查看看按鈕是不是被按下，若沒有，消除對應的報警標志位，并且對應的報警LED燈滅。若有，報警信息被顯示液晶屏上，并進行下一次系統(tǒng)循環(huán)，如REF_Ref16270\hREF_Ref11326\h圖16中心報警模塊程序設(shè)計所示。圖SEQ圖\*ARABIC16中心報警模塊程序流程圖參考文獻[1]李君霖.靜脈輸液無人陪護系統(tǒng)的設(shè)計[D].江西:江西理工大學,2012[2]朱永興.紅外點滴報警系統(tǒng)的研制[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學,2011[3]張丹彤.基于單片機的高校教室照明節(jié)能智能控制系統(tǒng)研究[J].先進材料研究,2014,24(11):5～8[4]祁偉.單片微型計算機原理及接口技術(shù)[M].北京航空航天大學出版社,2007[5]何建新,高勝東.數(shù)字邏輯設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2012[6]黃熙.一種智能輸液系統(tǒng)的設(shè)計與研制[J].醫(yī)療裝備,2020,33(19):16～17.[7]何希才.新型集成電路應用實例[M].電子工業(yè)出版社,2002[8]肖世金,張濤,盧涵宇.基于單片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