输液控制装置毕业论文.doc
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1、 2013 届本科生 毕业 论文输液控制装置学 号: 201301015054 姓 名: 学 院: 计算机学院 指导老师: 占 超 专 业: 医疗电子仪器 完成时间: 2017.4.30 学位论文独创性声明本人郑重声明:所呈交的毕业论文 输液控制装置 是本人在指导老师的指导下,独立研究、写作的成果。论文中所引用他人的以任何方式发布的文字、研究成果,均在论文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人独自承担。毕业论文作者签名: 2017年4月30日摘 要随着社会的进步、科技的发展,越来越多的领域都渐渐实现了技术的机械化、智能化。对科研教育者们而言,也都在尽己之力,把理论知识付于实践,为服务大众、推
2、动各个领域的技术发展而努力。一个智能化产品的研发生产,其背后的推动力往往都是社会的高需求。作为无处不有、无处不用的医疗手段-静脉输液,其在社会的作用度一直很高,因此它的技术、装置更新也一直在进行着,静脉输液装置的技术科技化会始终是科研教育者们关注的方向。 相较于几十年前,我国目前的人口数量多了很多,自然医院的患者也比过去多,因此如果还是使用以往的静脉输液方式便会对疾病治疗产生不利影响。本论文将以单片机为控制中心,采用透射式技术设计出一种输液控制装置,以帮助患者得到更放心、更舒适的输液治疗,也能大大减轻医院护理人员的工作负担、提高工作质量。关键词:静脉输液;科技化;输液控制装置;单片机;透射式技
3、术AbstractWith the progress of the society, science and technology are also advancing.More and more areas are gradually realized mechanization of technology and Intelligentized technology. For scientific research personnels,also try their best to do it.Put theoretical knowledge into practice.In order
4、 to serve the public and promote the development of technology in various fields to work on.An intelligent products research and development production.The driving force behind all stems from the high demand of society.Theintravenous fluidstransfusion is a medical treatment that is everywhere and ev
5、ery place need to use it. And it has been very high in the social role.So it has been kept to update technology and equipment.Theintravenous fluids equipments technology high technicalization is the direction which is always the research educators pay close attention to it.Compared to a few decades
6、ago.At present, the number of chinas populationis growing.Naturally the hospital patients is much more than before.So if still use previous way of intravenous fluids, it will be harmful to disease treatment.The thesis will be with the singlechip processor as the control center,Through transmission t
7、echnology design a transfusion control device.To help patient get more relieve and more comfortable infusion treatment,Also can greatly reduce the workload of hospital nursing personnel,Improve the quality of work.Key Words: intravenous fluids; technicalization;transfusion control device;singlechip;
8、 transmission technology第一章 引言1.1 静脉输液技术将大量对人体没有副作用的液体、人体所需电解质、治疗疾病的药物或血液,利用自然界大气压强和液体由于重力自带的静压的原理,通过人体静脉注入体内的方法称为静脉输液技术。静脉输液技术是医疗上最常用的抢救与治疗技术,也是一种高度专业技术,因其注射的部位与输液种类的不同,可以把它分为外周静脉注射、中心静脉注射、高营养注射(TPN)与输血等1。 1.2 静脉输液控制装置的历史与现状随着静脉输液技术越来越成熟、医学上对静脉输液技术的要求越来越高,静脉输液的输液控制装置也在慢慢改进着。静脉输液技术发明于16世纪,但其巨大的进步主要发
9、生于20世纪。在20世纪80年代之前,静脉输液控制装置使用的是输液夹法,即常见的把螺旋式夹或滚动式夹放在输液管上,以控制药物进入病人体内的流速。在20世纪80年代,静脉输液控制装置使用输液泵的方法,以实现在正压的情况下对患者进行静脉输液,这样的方式能够更精确的控制输液速度及输液量,达到预期的治疗目的。到了20世纪90年代,静脉输液控制装置便开始使用精密的输液器及输液治疗监护管理系统。精密输液器是通过特别设计的轮盘来调整静脉输液速度的2,从而可以实现精确的输液治疗,是连接输液器与穿刺之间的输液流速控制器。这种系统可以精确的调节输液流速,给药治疗准确,而且使用方便,不需要反复调整液体药物的流速以减
10、轻医院护理人员的工作负担。从输液监测技术的发展方面来看静脉输液控制装置,也能够清楚的了解到静脉输液控制装置的发展历程。从静脉输液技术刚发明投入使用到现在技术掌握熟练、使用范围变广,在输液速度监测技术上的装置改革也慢慢走向高科技化,直到现在,静脉输液装置共经历了机械式、电极式、电容式、光电式输液速度监测四个不同的发展阶段3。 在不同的时代,输液控制装置都会有很多不同的种类,而且各有特色,针对不同的医疗需求各自发挥所长。在21世纪的当下,高科技发展水平高,智能化科技产品涉及的领域亦是广的惊人。作为临床医疗工作中必需、常用的静脉输液控制装置自然会是科技爱好者的关注对象。目前,在医疗市场上已经有很多种
11、类的静脉输液控制装置生产面世,有用电极法原理设计的,有用测重法原理设计的(误报率较高4),有用超声波回波检测原理设计的,也有使用液滴计数原理设计的等等。社会进步,科技继续高速发展,很多时代性的产品会慢慢退出社会舞台,但医疗上对静脉输液控制装置科技化的渴望一定不会减弱。1.3 课题的研究背景及意义静脉输液技术发展至今,在医疗使用方面上有很多的要求与早期大不相同,如果依然按照过往的方式来进行静脉输液则可能导致严重的医疗事故。目前的医疗技术对静脉输液要求较高,需要药液注射速度跟据实际情况做出精确的调整,因为不同年龄段的患者、不同的疾病需要的药液注射速度是不一样的5。因此,医疗上对静脉输液装置的要求越
12、来越高,要求它能提供精确的输液速度才能以达到更好的治疗效果。如果依然一味按照老一套的方式进行静脉输液治疗自然会带来不少的麻烦,达不到很好的治疗效果,严重的还会产生医疗事故、闹出医疗纠纷。目前,临床医疗上的静脉输液装置大部分还是滑轮控制式,通过医护人员的手动控制莫非氏滴管滑轮上下滚动并且结合医护人员长年以来的工作经验,从而很好的控制静脉输液的速度。在输液的过程中,又是通过医护人员的不间隔巡视或患者本人时刻的盯视点滴瓶内药液的量,以防范药液在不知不觉中输送完毕对患者造成回血或更严重的伤害。在病人较多的当今社会,使用滑轮式的输液控制装置还会带来的后果是,医护人员出于减轻工作负担的考虑,会在药液输完前
13、提前一点帮患者关闭或更换药液。可以看出,通过滑轮控制静脉输液速度的方法不仅输液速度不稳定、精度偏低,而且会浪费大量的人力、物力,需要医护人员和患者时刻注意,增加医护人员的工作量,对于患者而言也会让他们无法安于修养,危险性高6。总之,在这个科技发达、特别注重生活舒适度的社会,以往的这种静脉输液装置是时候更换或改进了。本文基于单片机技术,以51单片机系统为主要的控制中心,利用红外线透射原理设计一款输液控制装置。相对于传统的滚轮式输液控制装置,其控制药液输入人体的速度更能精准测量、调节,为输液治疗达到很好的治疗效果,结构也较简单,使用方便。该控制装置还带有报警系统,在药液输完之前能够提醒医护人员或患
14、者关闭点滴,防止带来不必要的伤害。该装置大大的减轻了医护人员的工作负担,也能够让患者安于治疗、安心休养。第二章 课题研究计划与论证2.1 输液控制装置硬件设计方案该输液控制装置采用单片机技术为控制中心,以红外线的透射原理对输液速度进行检测、收集数据7。该装置能实现的主要功能为:能利用输液速度检测电路采集药液注射速度;可以显示实时的药液注射速度;可以通过按键设置输液速度的上下限,当实际注射速度不在设定范围内时便会自动报警;当剩余药液低于设定值时,系统自动发出报警,以提醒医护人员及时处理。根据该装置的具体功能,我们能够知道该输液控制装置分为以下几个部分:药液注射速度测量模块,数据显示模块,按键设置
15、模块,药液余量检测模块。具体结构图如下图数据显示模块51单片机按键设置模块声光报警模块复位电路模块数据检测模块晶振电路模块图2.1 结构框图2.2 输液速度检测电路设计方案本课题研究的输液控制装置其功能的实现很依赖数据检测模块采集的数据精确程度,因此药液注射速度的精确测量在本设计中有着非常重要的作用,为数据检测模块选用合适的工作原理至关重要。目前,在市场上针对液滴流速的检测技术用的较多、较常见的有几下几种:方案一:采用电容式传感器技术来测量药液注射的速度。该方法首先需要在静脉输液管的滴管外周围放置一对精度较高的电极,从而形成一个精确度较高的电容8。进行静脉输液时,当药液滴下瞬间,由于电容内的电
16、解质发生了变化,由变化之前的空气变为了药液,在那瞬间电容的电容量便发生了变化,电容量的这一微小、瞬间的变化可以通过由电感、电容组成的LC振荡电路来测量到。在检测系统内,当输出的频率值发生了变化时,便说明有药液液滴通过了,能够实现检测药液注射速度的功能。通过此方法测量药液注射速度,如果只是单一的药液其测量的精确度确实较高,但若换成不同种类的药液时其测量效果并不理想,因为不同的电解质其导致电容的变化程度是不一样的。再考虑到采用电容式传感器的方法需在输液管滴管外周安装一对电极,外周的电路较为复杂,该方法工作繁琐,使用不便,因此不适合本课题设计采用。方案二:采用反射式的红外光电传感器测量输液速度。该方
17、法是将反射式红外光电传感器放在输液管漏斗的一端,当有药液滴下的时候,传感器利用红外线的反射性能,在接收端将检测到返回来的光电信号,通过检测有反射信号的次数从而得知输液的速度。但是该方法会有很多不稳定的因素容易影响测量的精确度,如水滴表面不规则,使接收端收集到的反射信号强度不够,并且利用该方法进行测量要求液滴下落的过程中与传感器发射信号方向的夹角要很精确。考虑到影响因素较多、不容易控制,因此该方法不适用在本课题设计中。方案三:采用红外线透射式原理,利用液体和空气对红外线的吸收差异来进行药液注射速度的测量。将透明的输液管卡入红外对管的空隙中,调整红外对管的位置,当输液管漏斗内有液体滴下时,接收管一
18、端接收到的红外光信号变小,此时输出呈高阻态。当输液管漏斗内没有液体滴下时,接收管一端接收到的红外光信号增大,输出阻抗变小。通过这一些列的变化便能测量出药液的注射速度。利用该方式进行测量,系统功能稳定、影响因素少,测量系统功能齐全、体积小,使用方便。综合考虑,本输液控制装置的设计选用方案三来进行药液注射速度的测量。2.3 输液速度显示模块电路设计方案该输液控制装置可以实现设定并显示药液注射速度上下限的功能,显示模块的电路设计目前有两种可行方案。方案一:采用液晶显示屏作为显示器。液晶显示屏有以下几个优点:功耗小、节能,轻巧较薄,美观。但使用时,液晶显示屏的程序编程难度与对字符的要求比较大,在使用前
19、需要对其进行单独的编译。并且,液晶显示屏的使用功能多样化,如果在本装置上使用会浪费它很多的功能,大材小用。方案二:采用数码管作为显示器。数码管具有耗能低、损耗低、工作电压低、使用寿命长等优点,且其工作性能稳定,不容易受环境因素的影响。而且相较于液晶显示屏,数码管的程序编程更简单,更加符合本课题的设计要求。数码管的功能较为单一,本装置采用数码管作为显示器不会造成资源浪费,选择两位的数码管完全可以满足本设计的需要。因此,综合各方面的比较,再结合本设计的实际需求,选择方案二更为妥当。2.4 键盘控制电路设计方案通过键盘控制模块输入,本装置可以实现设置药液注射速度的上下限的功能,当实际注射速度超过或低
20、于预先设计值时,报警系统便会发出警告提示,因此可以看出键盘电路模块的方案设计在本系统中非常重要。键盘控制系统在本课题设计的应用系统中,可以实现输入所需数据、传送目标命令的功能,是人工操作、调节单片机系统的主要手段。键盘设计模式有两大类:编码式键盘系统与非编码式键盘系统9。编码式键盘:编码式键盘系统自身带有可以实现接口主要功能所需要的硬件逻辑电路,通过硬件电路完成必要的按键识别任务。人工每调节一次按键,键盘电路系统可以向单片机自动提供被按键的次数,而且在同一时刻会产生一种脉冲以通知微处理器,该方法具有使按键读数反弹跳与保护按键的功能。编码式键盘使用方便,但由于功能较多、性能完善,其硬件电路的设计
21、较为复杂,因此不适用于功能单一、结构简单的本课题设计。非编码式键盘:与编码式键盘系统相比,非编码式键盘系统省去了结构复杂的硬件电路设计,其只简单的提供键盘的行列矩阵,键码的输入与确定等都是交由软件系统完成的,但这种方式设计的键盘系统在工作时占用CPU的时间便会较多。但由于本课题的设计功能较为单一,结构简单,主机任务较轻,所以非编码式键盘完全可以满足本设计的需要。非编码式键盘又有独立式按键结构和矩阵式按键结构两种。独立式键盘输入端口多,编程简单,调用快捷,每个按键都是单独接到STC89C52单片机的一个I/O口上的,在工作状态时不会互相之间有影响。而矩阵式键盘是将按键分为行与列,按键的两端接在行
22、与列上,通过行列交叉按键编码进行键码识别,原理设计相对复杂,所需按键数量较多综合各方面的考虑,为结构简单、功能单一的本设计选择独立式键盘是最为合理的方案。2.5 51单片机的功能介绍STC89C52单片机是STC公司推出的一种高速、低功耗的CMOS8位微控制器。该单片机芯片内含有8K字节的可反复擦写多次的Flash只读程序存储器,芯片内拥有通用8位CPU和ISP Flash存储单元,能够在系统内进行编程,该单片机通过电脑软件即可将所需要的程序代码烧写进单片机内部,不需要通过通用编程器进行程序的输入,种种优越的性能使得STC89C52单片机为很多的嵌入式控制系统提供了更加灵活、高效、快捷的解决方
23、案10。STC89C52具有以下功能与特点:拥有容量为8K字节的程序存储空间;数据存储空间的大小为512字节;芯片内自带2K字节的EEPROM存储空间;32位通用I/O口线;能够在系统内就进行编程,通过P3.0、P3.1引脚可直接烧写所需程序;可以作为看门狗定时器;有2个16位定时器/计数器。STC89C52的引脚说明: 2根电源引脚VCC(P40):高电平端口,电源输入GND(P20):低电平端口,接地线 2根外接晶振引脚XTAL2(P18):单片机内振荡电路的输入端口XTAL1(P19):单片机内振荡电路的输出端口 4根控制引脚RST(P9):复位输入端口,高电平时有效。当振荡器工作时,R
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