基于红外技术的输液点滴速度监控装置的设计

　　1　引　言

　　静脉输液是护理专业的一项常用给药治疗技术。目前临床上使用的国内外生产的自动输液器大多是蠕动泵式输液器,一般只有堵液报警和总量完成报警的功能,不具有监控单位输液量的功能,给护理人员和患者带来诸多不便。针对这种情况,我们将红外技术和单片机技术与传统的输液器相结合,设计了具有新功能的输液点滴监控装置。该装置能准确、实时地检测和显示药液的滴速和滴量,及时自动调整液滴的滴速,实现智能化管理。该装置可以改变目前测试滴速依靠护理人员看表记数的方法,减轻医护工作强度,提高工作效率和准确性。

　　2　系统总体概述

　　本系统由输液器、光电传感器、信号处理电路、单片机控制系统(软件和硬件)、步进电机及驱动电路、机械传动轴承、报警通信系统、液晶显示和控制键盘等部分组成。系统总体框图如图1所示。

　　系统中,检测输液瓶液面和液滴的探测器是系统的关键。目前,红外检测方法具有量程宽、功耗低、灵敏度高、寿命长等优点[1],在监控和通信系统中有广泛应用[2-3],因此选用红外传感器来检测。

　　如图1所示,信号采集系统1负责检测液滴滴速信号。经过电路处理后,将信号输送到单片机中,通过判断滴速来驱动电机转动,调整滴速。信号采集系统2负责检测液面的高低,一旦低于警戒高度,就会驱动电机转动,关闭输液管,停止输液,发出声光报警,并通过报警通信系统向值班室发送报警信号。控制按钮可以预制液滴滴速、输液总量和输液间隔时间等。液晶显示系统显示液滴滴速和输液量。液滴滴速通过机械夹子的松紧来调整,机械夹子通过步进电机的正反转动来调整松紧。

　　3　硬件组成和工作过程

　　3. 1　液滴滴速检测模块

　　由于输液现场的环境光是干扰光,包括各种恒定光和频闪光,使得信噪比(S/N)下降。因此必须消除干扰,否则将不易检测液滴,但是这些干扰通过简单的办法不易消除。本装置采用调制与解调技术有效地排除恒定光和频闪光的干扰。

　　液滴滴速检测模块电路图如图2所示。

　　IC1选用555集成电路,发出频率为μ0的方波电压,通过电阻R3驱动红外二极管发光。二极管D1发出的红外光强度受到方波电压的调制,发出频率为μ0的光脉冲。二极管D1与光电三极管T1是红外发射/接收对管,其参数匹配良好。当液滴通过滴管遮住光路时,T1输出比较弱的光电流;而当光路中没有液滴时,T1输出比较强的光电流。放大器IC2为交流电压放大器,将光电三极管的输出电流信号变换成电压信号,并将其幅值放大,消除恒定光干扰。放大后的信号送到电压比较器IC3。IC3组成鉴幅电路进行幅度鉴别。电阻R8提供给电压比较器一个可调节的阈值电压UT,当IC3的输入电压Ui3≥UT时, IC3输出低电平;当IC3输入电压Ui3≤UT时, IC3输出高电平。当光路中没有液滴时, IC3输入高幅值的脉冲电压,而且其幅值大于UT,使IC3输出频率为μ0的方波电压;当光路中有液滴时, IC3输入低幅值的脉冲电压或者无输入, IC3输出为恒压信号。鉴幅电路判断是否有液滴在光路上,转换为输出脉冲电压。鉴幅电路输出的信号送到鉴频电路IC4, IC4采用音频译码器LM567。将IC4的中心频率μ1调整至光源调制频率μ0。当输入交流电压的频率等于IC4的中心频率时, IC4的引脚8输出低电平,反之输出高电平。因此,当光路中有液滴时,IC4无输入,输出高电平;当光路中无液滴时, IC4输入频率为μ0的交流电压,输出低电平。IC4输出的信号送到整形电路IC5中, IC5采用施密特触发器,对鉴频电路输出的脉冲信号整形。脉冲信号整形后发送到单片机INT1口。单片机计算连续5个液滴之间的平均间隔时间,换算成液滴滴速。