静脉输液语音报警系统制作 - 图文

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静脉输液语音报警器的设计

摘 要

静脉输液是临床医学中一个重要的治疗手段，在输液过程中，若药液接近滴完，医务人员需及时处理，否则，很可能发生医疗事故。目前由于没有有效、经济的自动检测装置，在输液时病人需要专人监护，家人或者医护人员，加重了病人的思想负担和护理人员的劳动负担，也不利于病区的综合管理，为此研制了医用输液液量检测系统，该系统可以自动检测输液液量，当低于设定下限值时，在设定的时间内会在护士办公室和相应床位处都能发出声光报警，提醒家人或者护理人员及时处理。

本检测装置主要由称重传感器、单片机数据分析处理系统、无线传输系统组成，其中无线接收模块灵活使用。

通过单片机数据处理系统设计、制作及具体电路设计和调试，发现该检测装置能基本能满足实际需要，达到预期效果。

关键词：静脉输液，液量检测，称重传感器，无线传输

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The Design of Intravenous Infusion’s Voice Alarm System

ABSTRACT

Intravenous infusion is an important clinical medical treatment. In the process of dropping liquor, if the liquid medicine is coming over, the medical personnel should timely handle, otherwise, a medical accident will possibly happen. Currently there is no effective and economic automatic detection device, patients need specialist care while infusing, or they need their family or medical personnel, so it not only aggravates patients’ burden and nurses’ labor burden, but also harms the hospital’s comprehensive management. Therefore I develop a medical examination system of the fluid infusion. The system can detect infusion liquid volume automatically. If the volume is lower than the limit, it can give out sound and light alarm in the nurse's office and the bed, to remind their family or nursing staff to handle in time.

This testing equipment mainly consists of weighing transducer, data processing system, wireless transmission system, and includes wireless receiving module.

Through the designing of the data processing system, the manufacture and the specific circuit.I find that the detection device can basically meet the practical needs, and achieve the expected effect.

KEY WORDS: intravenous infusion, liquid volume’s detection, weighing sensor, wireless transmission

III

目 录

摘 要 .................................................................... I ABSTRACT ................................................................ II 1 绪论 ................................................................... 1

1.1 选题背景 .......................................................... 1 1.2 课题研究的意义 .................................................... 1 1.3 静脉输液报警器发展现状 ............................................ 2 1.4 系统功能及本文工作 ................................................ 2 2 称重传感器的原理及其特性分析 ........................................... 4

2.1 称重传感器特性分析 ................................................ 4

2.1.1 称重传感器种类及工作原理 .................................... 4 2.1.2 电阻应变式称重传感器 ........................................ 6 2.1.3 电阻应变式称重传感器干扰源分析 .............................. 8 2.1.4 抗干扰措施 ................................................. 10 2.2 电阻应变式称重传感器的选用原则 ................................... 11

2.2.1 传感器准确度 ............................................... 11 2.2.2 传感器结构要求 ............................................. 11 2.3 电阻应变式称重传感器的发展现状 ................................... 11 2.4 电阻应变式称重传感器参数分析 ..................................... 12 3 静脉输液语音报警器电路元件分析 ........................................ 13

3.1 无线发射、接收模块 ............................................... 13

3.1.1 无限模块的收发原理 ......................................... 13 3.1.2 SC2262/SC2272编码解码芯片 .................................. 13 3.1.3 无线模块电路应用 ........................................... 14 3.1.4 无线模块缺陷及其处理方案 ................................... 15 3.2 仪用放大器AD620 ................................................. 16

3.2.1 AD620主要技术指标 .......................................... 17 3.2.2 AD620的工作原理 ............................................ 17 3.3 三端稳压器7805 .................................................. 18 3.4 ICL7660元件简介 ................................................. 19 4 静脉输液语音报警器软件设计 ............................................ 21

4.1 STC12C5412AD单片机仿真 .......................................... 21

4.1.1 STC12C5412AD单片机的特点 ................................... 21

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4.1.2 STC12C5412AD单片机系统设计 ................................. 22 4.2 软件设计 ......................................................... 23

4.2.1 程序功能及流程图 ........................................... 23 4.2.2 主程序分析 ................................................. 23 4.2.3 各个子程序分析 ............................................. 25

5 硬件设计 .............................................................. 27

5.1静脉输液语音报警器整体设计 ....................................... 27 5.2硬件制作过程 ..................................................... 27

5.2.1制作系统所用材料 ............................................ 28 5.2.2 部分电路分析 ............................................... 28 5.3 静脉输液语音报警器实物图 ......................................... 30 5.4 小结 ............................................................. 31 6 总结与展望 ............................................................ 32 致 谢 ................................................................... 33 参 考 文 献 ............................................................. 34 附录Ⅰ 静脉输液语音报警器原理图 ......................................... 35 附录Ⅱ 静脉输液语音报警器实物图 ......................................... 36 附录Ⅲ 静脉输液语音报警器元器件清单 ..................................... 37 附录Ⅳ 静脉输液语音报警器程序设计 ....................................... 38

静脉输液语音报警器的设计

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1 绪论

1.1 选题背景

随着微电子技术和信息技术的发展和应用，医疗设备领域正在悄悄的发生着一场信息化的革命。尤其是在医疗监护领域，传统的病房式监护手段己经越来越不能适应当今多元化、信息化、个性化的医疗监护需求。目前，医院内以计算机为基础的病人床边监护与中央集中监护系统，已能通过各种方式与各类信息系统相连接，组成一个集数据、波形、语音、图像为一体的有线与无线相结合的信息网络。

在欧美发达国家，医疗监护产品升级换代的速度相当迅速，其总体发展趋势是：应用各种高新技术丰富产品功能，拓展应用范围；采用多系统组合的积木式结构，即模块化，可根据临床对多种测量、分析、控制和记录的需要，组成适宜的监护操作系统；普遍采用GUI界面，操作直观，实时信号处理准确可靠，信息存储量大，具有联网扩展功能；软件设计以模块化为基础，以便于硬件设备的升级换代和新功能的扩展；监护设备的市场已由医院走向家庭，因此要在采用最先进技术的同时，生产操作简易的仪器，以供非医疗机构用户使用；多参数和整体式监护系统己逐渐取代单体式病人监护仪，如多参数(ECG、SP02、呼吸率、非损伤血压和体温等)携带式个人监护系统，能使医生在医院获得来自任何地方的病人信息；方便随时随地进行回放的网络化装置也是一个重要的发展趋势；遥控示踪是另一个增长迅速的领域，因为这种技术能对非卧床病人进行连续监护。

1.2 课题研究的意义

静脉输液是临床中最常见的治疗手段之一，输液时须由护士不断巡视，或由家属陪护，或者输液将结束时由患者按压床头传呼器，但不少患者一天要输入几瓶药液，卧床时间较长，这种长时间关注着输液，易发生困乏，甚至熟睡，当液体输完时，如床旁无人陪侍或医护人员未及时换药事拔除针头，将会出现空气进入血管内形成空气栓塞，轻则延误治疗，重则危及生命。

众所周知，输液完毕的及时处理，有赖于输液完毕信息的及时获取。而获取输液完成信息的方法通常有两种，一种是护理人员事先根据药物的特性及病情设置好液体流速估算出输液所需的时间，在适时地巡查每位病人的输液进度。这种方法不仅烦琐，而且也不可靠，一是误差大，二是难免病人或其陪护人员中途私自改变流速，由此给医护人员带来的压力可想而知；另一种，也是目前最流通的一种，是依靠病人或者陪护人员的现场输液进度观察，在输液接近完成时的“呼叫”。由于输液时间大都较长（一瓶500ml液体一般在2.0h以上），这对病人及其陪护人员是一个不小的心理负担，既不利于病人的休养，也容易“误事”。

虽然目前大多数医院都已经安装了病房传呼对讲系统，但它解决的只是医患之间的

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分析的有力工具。称重传感器的关键部分——弹性元件是连接被测量量与应变片的纽带，其结构将直接影响整个传感器的测量精度。然而弹性元件的设计工作一直以来都是凭经验，在生产过程中要反复摸索，不仅成本高而且效率低。利用有限元辅助分析设计，可以提高生产自动化程度，提高生产率、降低成本的目的。

图2-1 平梁式称重传感器

系统选用双孔平行梁结构的电阻应变式称重传感器，其主要参数是输出灵敏度，即传感器在额定载荷作用下，供给电桥电压为1V时的输出电压为1mV，本系统所选称重传感器的灵敏度为1 mV/V。图2-2为平梁式称重传感器的等效电路图。

图2-2 平梁式称重传感器等效电路

弹性元件有限元模型的建立，为了分析计算，将实际所用双孔平行梁式称重传感器复杂的结构简化为如图2-3所的力学模型。

经分析得知，当弹性体的结构尺寸确定后，弹性体内部结构形状对输出影响很小，力学模型可以满足灵敏度的设计要求。为了获取有限元所需要的线段，就必须把相连接的线段截断，成为独立的线段，即打破网格。

陕西科技大学毕业设计说明书 8

图2-3 平梁式称重传感器力学模型

针对上述三种情况分别处理，最终将把Au-toCAD绘制的网格打破，成为有限元所需的结构离散图如图2-4所示。

图2-4平行梁传感器弹性元件的有限元模型

用有限元进行工程分析的过程包括三个阶段：有限元模型的建立和数据输入(称为前置处理)；用分析软件进行工程计算；分析结果的判读和确定(称为后置处理)。用CAD进行有限元分析，其前、后置处理与CAD图形支撑环境和几何模型的类型密切相关。

由于电阻应变片是粘贴在弹性元件的贴片区上，因此，在计算过程中只需计算弹性元件贴片区的各个单元即可。为了验证有限元模型的正确性，需要将计算机输出的应力值转化成应变值，以便与实测应变值相比较，来验证所建立的弹性元件有限元模型的正确性。

2.1.3 电阻应变式称重传感器干扰源分析

在长期的使用中，系统中由于安装不当及使用中出现的故障及时进行分析及排除，由于有设备属于较准确的计量系统，采用一系列维护措施会在很大程度上提高产品的质量。

1）外界电磁干扰对称重显示仪表的影响。由于称重显示仪表的长期使用，传感器

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连接到显示仪表的信号传递线路，有可能由于靠近动力线路使信号线与动力线之间的线路绝缘电阻下降，从而有漏电产生，这样称重显示仪表的输入端在接受了工作信号的同时又接受漏电流干扰信号，使仪表的读数产生误差。另外，也有一些外界强磁干扰信号，并且该信号强度达到一定量级时，将使放大单元工作在饱和区，这也导致仪表整机的灵敏度显著下降，使称量产生误差。

2）外界电磁干扰的来源。称重显示仪表在现场使用过程中，外界电磁干扰的引入是多方面的，引入点也是随环境温度、湿度等因素而变化，归纳起来有以下两个方面：

a）仪表输入端的输入干扰。所谓的输入干扰，就是由于某种原因，在称重显示仪表输入信号线之间出现了有频率变化的信号，造成了对显示仪表的输入干扰，如图2-5所示。

图2-5 输入干扰 图2-6 对地干扰

输入干扰信号的来源，主要是交变磁场感应而引起的。在一般情况下，变压器、交流电动机、动力电源、大功率电磁铁等，在一定范围内，都会产生较强的交变磁场，如果称重显示仪表的信号线、称重显示仪表本身处在交变磁场的范围内，就会受到交变磁场的影响，在称重显示仪表的输入端感应出干扰交变电信号；

b）对地干扰。对地干扰信号，就是指干扰信号出现于称重显示仪表输入工作信号线一端（正端或负端）对地之间的有频率变化干扰信号。干扰形式如图2-6所示。

对地干扰信号的来源主要有：

地电流产生的对地干扰信号。称重传感器或称重显示仪表附近有大功率的用电设备，当这些设备绝缘性能不良，对地就会有漏电流产生；或者有的用电设备利用大地作为一条输电线，以及配电系统不平衡等，也能产生地电流，在大地的各个不同点存在电位差。假若我们将称重传感器与所称贮罐金属结构架接地，将称重显示仪表也接地，由于称重传感器与称重仪表不安装在同一地点，因此有电位差存在，就会出现地电流。此地电流流经放大单元输入回路时，所产生的电压降就会变成对地干扰信号。

高压电场引起的对地干扰信号。假如贮罐的称重传感器连结称重显示仪表的信号线，与高压动力电源线平行敷设，就会在高压电场的作用下，使动力电源线与信号线之间的分布电容中有干扰电流流过，该电流经称重显示仪表输入端的接地电容至地。在输入回路电阻的电压降转换成对地干扰信号，图2-6所示。

直流干扰信号引起的对地干扰信号。在信号线路的连接处，由于受盐、碱类或酸类

陕西科技大学毕业设计说明书 10

浸润、氧化，在连接处形成一化学电势，造成直流对地干扰信号。与交流干扰信号一样，该直流干扰信号也会出现在称重显示仪表的放大单元的放大回路中，而且直流干扰信号对称重显示仪表的影响将会比交流干扰信号更大，使灵敏度显著下降。 2.1.4 抗干扰措施

1）抗输入干扰

a）称重显示仪表与称重传感器信号线敷设。电磁感应是造成称重显示仪表输入干扰的主要来源，所以在敷设称重显示仪表的工作信号线时，应尽量远离用电设备（如电动机、高压电源动力线）等。更要注意的是绝对不允许将称重显示仪表的工作信号线和动力电源线敷设在同一金属管内；

b）称重显示仪表与称重传感器连接。引入称重显示仪表干扰电压的大小，除与交流磁场的强度有关外，还与穿过工作信号的截面积有关。将信号线绞合起来，一方面可以减小受干扰信号的影响，另一方面又可以使两信号线相互抵消一部分干扰信号，有效地削弱了外界交流磁场的强度；

c）称重显示仪表与称重传感器之间信号线的屏蔽。称重显示仪表与称重传感器之间的连接线，不仅要选用屏蔽线，还需将信号线用金属管套起来，这样外界干扰引起的磁通将沿着磁阻很小的金属管通过，以削减外界干扰磁场对信号线的影响。

图2-7 引入的对地干扰信号 图2-8 旁路电容法

2） 抗对地干扰

a）信号线旁路电容法。如图所示，将称重传感器的信号线一端和一个足够大的电容器接地，使干扰信号通过电容器旁路；

b）称重显示仪表与传输线路单独接地。在现场安装与使用时，往往将称重显示仪表的接地线接在其他用电设备的公共接地线上，或者就近接在水管、暖气管路上；对于敷设信号线的金属管，也因固定支架及其他方面问题，总之，称重显示仪表与传输线路应单独接地。

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2.2 电阻应变式称重传感器的选用原则

2.2.1 传感器准确度

对于一台衡器来讲，选用的称重传感器的准确度越高越好，但也有两个前提条件：一是能采购得到；二是采购价格能够承受。称重传感器准确度是由许多指标构成的，当最终确定一只传感器为某一个准确度等级时，是按许多测试结果中最大的误差值，作为此传感器的准确度等级的依据，而其他测试项目的误差可能远远优于该等级的值。因而要根据实际要求，细分准确度指标，挑选合适的传感器。 2.2.2 传感器结构要求

1）安装方便。任何产品设计时除需考虑整体功能和性能上能满足工艺要求外， 还应注意产品安装维修问题，衡器产品也不例外。

2）结构特点及要求。a) 承载器的安装空间。一些作为流水线中一部分的专用衡器，在称重传感器的选型时就要考虑空间限制的问题；b) 安装维护方便。任何设备不论其可靠性如何，都必须考虑安装维护的问题，衡器也不例外。除了要考虑安装方便之外，还必须考虑使用中的维护是否方便，更换传感器是否便捷；c) 侧向力的影响。在选择传感器时，必须考虑此衡器在使用中是否存在侧向力的情况。按剪应力原理设计的称重传感器抗侧向力的能力比较强；按正应力原理设计的称重传感器抗侧向力的能力比较弱；d) 刚度问题。这里讲的刚度是指承载器的刚度，基础结构的刚度和辅件的刚度。这些结构的刚度会直接影响到变形量，从而影响计量的准确度。承载器的结构不论是梁式，还是板框式，还是容器式，必须针对不同的加载方式，被称量物的结构和称量方式，确定其刚度大小。不同用途的衡器所安装的基础结构不同，但都要遵守结构刚度必须保证衡器使用要求的原则。辅件是指安装称重传感器的结构件，如悬臂梁称重模块就要考虑其安装板的厚度；e) 温度的影响问题。对于承载器较长，面积较大的室外用衡器，必须考虑承载器的线膨胀系数问题。

2.3 电阻应变式称重传感器的发展现状

通过近几年国家对电阻应变式称重传感器抽查看到，目前我国称重传感器生产企业的质量意识还处在一个较低的水平上，其检测能力和检测方法总得来说还非常落后。国内部分称重传感器生产厂家的产品质量还较差。近年来，我国已成为全球的传感器制造基地，产量急剧增长，但是企业产品要想打入国际市场，必须使产品本身具有国际一流的质量，所以生 产企业应该积极的寻求与大专院校、科研院所技术合作求得发展。

称重传感器技术是电子称重技术的重要基础，称重传感器是电子衡器和电子称重系统的核心部件。现代称重技术的发展促进了称重传感器技术的进步，而微电子技术、计算机技术、网络通讯技术、现代制造技术、防护密封技术等的发展，又为开发新型称重

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