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文檔簡(jiǎn)介
1、智能化輸液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法摘要:本文對(duì)輸液監(jiān)控智能系統(tǒng)進(jìn)行較全面的研究,主要 分軟件、硬件兩部分內(nèi)容,并詳細(xì)說(shuō)明了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。 上位機(jī)使用了 visual c + +編程語(yǔ)言,主要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)可 視化、人機(jī)對(duì)話(huà)界面,使操作更加方便。用戶(hù)可以通過(guò)屏幕 監(jiān)視目標(biāo)滴速、實(shí)際的滴速、剩余量的液體及報(bào)警等信息。下位機(jī)設(shè)計(jì)了具有can總線(xiàn)轉(zhuǎn)換器、接口 lcd數(shù)據(jù)顯示、滴速設(shè)置鍵盤(pán)、電機(jī)控制、液滴紅外探測(cè)、輸液報(bào)警等功能的終端監(jiān)控系統(tǒng)。關(guān)鍵詞:輸液監(jiān)控;visual c + +; can總線(xiàn);電路設(shè)計(jì)中圖分類(lèi)號(hào):02文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a在20世紀(jì)90年代初,人們就開(kāi)始研究輸液監(jiān)控技術(shù), 并取得了多項(xiàng)專(zhuān)利發(fā)明
2、和研究成果。在輸液控制系統(tǒng)領(lǐng)域, 他們開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)主要特點(diǎn)是通過(guò)使用單片機(jī)作為控制核心,集中監(jiān)控輸液患者的輸液狀態(tài),其主要功能有:鍵盤(pán)輸入預(yù)先設(shè)定的液量數(shù)字,系統(tǒng)可以分時(shí)顯示每個(gè)病人的輸液過(guò)程 中狀態(tài)(滴速太慢,太快,滴完,無(wú)滴),如果出現(xiàn)異常, 系統(tǒng)能自動(dòng)報(bào)警,系統(tǒng)可以顯示在輸液過(guò)程中輸液時(shí)間、剩 余的液量、滴速、藥液余量等信息。雖然在應(yīng)用方面起到了 一定的作用,但這些監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都存在共同的缺點(diǎn):需要將尖型的金屬傳感器插入在滴管內(nèi),由液滴導(dǎo)電的工作原理所產(chǎn) 生的電脈沖,這種情況并不符合在醫(yī)用方面無(wú)菌操作的要 求,并且系統(tǒng)只可以對(duì)8個(gè)輸液瓶同時(shí)檢測(cè),并使用一個(gè)公 共的電路,觀(guān)察起來(lái)并不方便;系統(tǒng)不
3、具有遠(yuǎn)程控制功能, 也并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)化。本文對(duì)輸液監(jiān)控智能系統(tǒng)進(jìn)行了較全面的探討,并從軟 件,硬件兩方面詳細(xì)說(shuō)明了系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容和實(shí)現(xiàn)方法。本 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸液的準(zhǔn)確性、自動(dòng)控制和無(wú)接觸式紅外線(xiàn)光 電傳感器進(jìn)行測(cè)量,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)以下四種不同的液體(5% 葡萄糖,0.9%氯化鈉,5%葡萄糖+藥物,10%葡萄糖)進(jìn)行觀(guān)察,由此證明了此液滴計(jì)數(shù)的方法來(lái)確定輸液是否正 常,是完全可以實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)對(duì)以往設(shè)計(jì)資料不斷研究的前 提下,通過(guò)對(duì)輸液過(guò)程中的需求分析,當(dāng)在輸液過(guò)程中出現(xiàn) 各種情況時(shí),系統(tǒng)可以自動(dòng)及時(shí)報(bào)警所要達(dá)到的控制滴速, 以此來(lái)確定系統(tǒng)中的各個(gè)功能模塊的詳細(xì)需求。我們通過(guò)單 片機(jī)相應(yīng)的控制
4、技術(shù)、can無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù),光電檢測(cè)技術(shù), 來(lái)確定目前的系統(tǒng)軟件,硬件組成。本文還設(shè)計(jì)了一個(gè)系統(tǒng) 硬件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的內(nèi)容,其中有微控制器的選型和系統(tǒng)下位機(jī)的鍵盤(pán)輸入模塊,滴液檢測(cè)模塊,液晶顯示模塊,聲光報(bào)警模塊、滴速控制模塊和can總線(xiàn)傳輸模塊等方面的設(shè)計(jì),對(duì)于系統(tǒng)軟件系統(tǒng)也設(shè)計(jì)了下位機(jī)各模塊的應(yīng)用程序,以及完成上機(jī)位機(jī)中的輸液監(jiān)控管理軟件的相應(yīng)模塊的程序及功 能。1硬件和組件的接口設(shè)計(jì)1.1硬件電路的設(shè)計(jì)醫(yī)院輸液監(jiān)控系統(tǒng)主要采用主、從站分布式體系結(jié)構(gòu), 實(shí)時(shí)監(jiān)控可以有多個(gè)病床輸液狀態(tài)。其中,從站負(fù)責(zé)為病人 劑量和輸注速度的信息進(jìn)行設(shè)定,由實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的液滴和微型 步進(jìn)電機(jī)uln2003a驅(qū)動(dòng)的紅外線(xiàn)傳
5、感器,微型步進(jìn)電機(jī)反 向驅(qū)動(dòng)的輸送機(jī),以便控制軟管松動(dòng)或緊張來(lái)進(jìn)行滴速調(diào) 節(jié),當(dāng)異常情況或輸液結(jié)束時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警, 從站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)can總線(xiàn)傳送主站,主站設(shè)計(jì)輸液 監(jiān)控和管理軟件,采用c語(yǔ)言編寫(xiě),通過(guò)調(diào)用相應(yīng)的功能模 塊,醫(yī)務(wù)人員知道每個(gè)病床輸液狀態(tài)一目了然,并通過(guò)can 總線(xiàn)改變病人的輸液速度。輸液監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成的供應(yīng)鏈管理 系統(tǒng),負(fù)責(zé)完成特定的輸液過(guò)程監(jiān)控。它包括:msp430f149 單片機(jī),鍵盤(pán)輸入模塊,滴速檢測(cè)模塊,聲光報(bào)警模塊,lcd 顯示模塊,can總線(xiàn)傳輸設(shè)備和滴速控制模塊。單片機(jī)滴速 控制can總線(xiàn)傳輸lcd顯示聲光報(bào)警滴速檢測(cè)鍵盤(pán)輸入pc 機(jī)。1.2 jt
6、ag調(diào)試接口設(shè)計(jì)在調(diào)試過(guò)程中,首先應(yīng)用的jtag調(diào)試器將編寫(xiě)的程序從pc上下載到flash運(yùn)行,通過(guò)jtag接口進(jìn)行程序控制,然后讀取芯片和cpu狀態(tài)的內(nèi)存內(nèi)容的信息,為設(shè)計(jì)人員編 譯調(diào)試軟件集成和調(diào)試環(huán)境,而不是一個(gè)專(zhuān)用的編程器。所 以你只把單片機(jī)按調(diào)試接口的標(biāo)準(zhǔn),與購(gòu)買(mǎi)的jtag調(diào)試器 對(duì)接,就可以在線(xiàn)調(diào)試程序。1.3 jtag調(diào)試端口引腳設(shè)計(jì)采用2. 54mm的間距,14針雙排針座的jtag調(diào)試接口, 只可用于在實(shí)際應(yīng)用中的五個(gè)引腳,其他引腳都沒(méi)有用,跳 線(xiàn)pz用于選擇jtag調(diào)試器使用外部電源或內(nèi)部電源。當(dāng)外 圍電路的電源是功率相對(duì)較小時(shí),使用jtag內(nèi)部電源即可。 當(dāng)外圍電路的電源功
7、率比較大時(shí),你應(yīng)該使用一個(gè)外部電 源。1. 4基于usb-can總線(xiàn)適配器電路設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)適配器,can總線(xiàn)的數(shù) 據(jù)通過(guò)usb接口快速傳輸?shù)絧c進(jìn)行處理和分析,并通過(guò)它 來(lái)can節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)或命令,實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備通訊。1.5 usb通信模塊的設(shè)計(jì)msp430f149的p6端口連接到一個(gè)對(duì)應(yīng)的d12數(shù)據(jù)端口 , 通過(guò)端口連接mcu之間的4個(gè)10 和d12四個(gè)控制74hc573 隔離緩沖后如下:p2.0-wrn, p2. 1-*rd_n, p2.2a0, p2. 3-cs_n。因?yàn)閙sp430 mcu系列單片機(jī)無(wú)需外部總線(xiàn)接 口,所以需要4個(gè)以上p6端口來(lái)模擬數(shù)據(jù)/地址復(fù)
8、用總線(xiàn)來(lái) 讀寫(xiě)程序,以實(shí)現(xiàn)d12的操作。此外,d12的int_n端口, 通過(guò)跳線(xiàn)與msp430f149的p2. 5端口相連,來(lái)完成d12要求mcu的請(qǐng)求中斷處理。1.6印刷電路板的設(shè)計(jì)原理圖設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是生產(chǎn)電子產(chǎn)品,電子產(chǎn)品在生 產(chǎn)前要畫(huà)出電路原理圖,根據(jù)原理圖進(jìn)行繪制電路板設(shè)計(jì), 印刷電路板簡(jiǎn)稱(chēng)pcb (prinied circuit board),按設(shè)計(jì) pcb電路板制成。2硬件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)原則2. 1元件排列原則(1) 通常,所有的部件都設(shè)置在印刷電路板的同一表 面上,并且僅在頂層元件太密時(shí),才能把一些高度有限和較 小發(fā)熱量的元件,如表面安裝ic,片狀電容器、片狀電阻等 放在底部。(2)
9、 有些髙的元器件或?qū)w之間存在電位差,應(yīng)增加它們的距離,以避免意外的電線(xiàn)短路。(3)確保的電氣性能的前提下,元件應(yīng)放置在刪格上,并彼此平行或垂直 布置以求美觀(guān),簡(jiǎn)潔和整齊,通常不讓元件重疊放置,元件 結(jié)構(gòu)應(yīng)該是緊湊的,同時(shí)輸入和輸出組件盡可能地遠(yuǎn)離。(4)在該板的整個(gè)表面上的元件應(yīng)均勻地分布,密度一致。(5)位于板邊緣的元件遠(yuǎn)離pcb板的邊緣中的至少兩個(gè)板厚的距離。2. 2根據(jù)信號(hào)走向布局原則(1) 為了保持信號(hào)的流通,元件的放置應(yīng)該使該信號(hào) 的方向盡可能一致。在正常情況下,布置的信號(hào)流的從頂部 到底部或左到右,與輸入、輸出端直接相連接的元件應(yīng)當(dāng)放 置在靠近連接器或者輸入、輸出接插件的地方。(
10、2) 通常是由一個(gè)根據(jù)信號(hào)流的各自的功能安排電路 單元的位置,以每個(gè)電路單元的核心元素為中心,在其周?chē)?布局安排。3系統(tǒng)軟件主程序設(shè)計(jì)方法主程序必須先完成初始化工作,主要包括設(shè)置看門(mén)狗管 理模式,系統(tǒng)時(shí)鐘初始化,初始化lcd模塊的初始化中斷, 初始化定時(shí)器,全局變量和其他參數(shù)的初始化。然后啟動(dòng)計(jì) 時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí),開(kāi)中斷允許單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求,內(nèi)部 定時(shí)器中斷請(qǐng)求。計(jì)算輸液滴速子程序,達(dá)到采樣時(shí)間,計(jì) 算輸液滴速,并設(shè)置報(bào)警標(biāo)志。任何中斷,外部中斷和定時(shí) 器中斷可以喚醒,打開(kāi)相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。最后中斷處理 是完整的循環(huán)執(zhí)行子程序計(jì)算輸液滴速和其他功能。根據(jù)滴 速值計(jì)算和調(diào)整剩余時(shí)間的值,并在
11、同一時(shí)間顯示新值。如 果秒計(jì)數(shù)器減去上次采樣的時(shí)刻不等于采樣間隔時(shí),返回到 主程序,繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的過(guò)程中的操作。4軟件開(kāi)發(fā)體現(xiàn)的原則4. 1體現(xiàn)了實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性輸液監(jiān)測(cè)信息管理軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)主要體現(xiàn)功能齊全、 操作簡(jiǎn)單、實(shí)用、方便的特點(diǎn),提高了系統(tǒng)的成本效益。4. 2體現(xiàn)了操作的簡(jiǎn)易性堅(jiān)持“以人為本”的指導(dǎo)思想來(lái)開(kāi)發(fā)軟件,努力實(shí)現(xiàn)良 好的界面,操作方便,性能良好,客戶(hù)滿(mǎn)意度等軟件系統(tǒng)。4. 3體現(xiàn)了實(shí)時(shí)性該軟件使用了多線(xiàn)程,使操作員選擇的監(jiān)視器,實(shí)現(xiàn)了 從站和站數(shù)據(jù)同步,程序每六秒鐘更新一次滴速,而報(bào)警是 即時(shí)提醒,如果有從站用戶(hù)報(bào)警,主站立即拉響了警報(bào),給 出一個(gè)醒目的報(bào)警。結(jié)語(yǔ)我們?cè)谙到y(tǒng)的
12、設(shè)計(jì)中使用的檢測(cè)技術(shù)和控制技術(shù),自動(dòng) 監(jiān)測(cè)輸液過(guò)程中要達(dá)到的目的,使用usb to can適配卡, 總線(xiàn)can信號(hào)采集和轉(zhuǎn)換到usb信號(hào),信息會(huì)顯示在軟件界 面通過(guò)用戶(hù)的操作,可以使主站通過(guò)的信號(hào)轉(zhuǎn)換適配器的交 互數(shù)據(jù)。其主要特點(diǎn)是:當(dāng)一個(gè)異常發(fā)生在輸液過(guò)程中或輸 液接近尾聲時(shí),系統(tǒng)能自動(dòng)報(bào)警,實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)可以自動(dòng)輸 液控制輸液速度,系統(tǒng)是可以設(shè)置的點(diǎn)滴速度,特點(diǎn)采用分 布式設(shè)計(jì)原則,實(shí)現(xiàn)了基于can總線(xiàn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控輸液,脈沖 調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用,使系統(tǒng)能夠提高抗干擾能力紅外線(xiàn)輸液 管,多級(jí)齒輪減速,自動(dòng)步進(jìn)電機(jī)控制,定位精度該系統(tǒng)具 有多個(gè)報(bào)警信號(hào),系統(tǒng)是簡(jiǎn)單的,可視化顯示的結(jié)果,具有 高可靠性和穩(wěn)定性的系統(tǒng)軟件。輸液監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是將向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展,而目前醫(yī) 療技術(shù)的快速發(fā)展需要配套相應(yīng)的醫(yī)療服務(wù)和設(shè)施,而作為 最為常用的輸液醫(yī)療手段,輸液監(jiān)控器材已經(jīng)被越來(lái)越廣泛 的使用。就目前為止,醫(yī)院的輸液觀(guān)察室和普通病房還基本 上沒(méi)有這種設(shè)備的出
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