智能点滴监控系统的设计与实现
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长春师范大学学报
Journal of Changchun Normal University第39卷第12期
Vol.39 No.122020年
12月
Dec.2020
智能点滴监控系统的设讣与实现
林梅燕
1，
郭红英
2
（1.阳光学院
，福建福州
350015
；2.漳州职业技术学院
，福建漳州
363000）
［摘要］传统输液系统效率低
、人工负担重
、安全隐患多
，且市场上岀现的智能输液产品存在系统
复杂
、监控方式单一
、区域受限
、未实现数据分析处理等问题
。针对这些不足本文提岀了一种基于
物联网理念和互联网技术的智能点滴监控系统
,通过输液信息的监控
、远程管理
、PC端和移动端共
同监管及未来的大数据分析
，将物联网协议和互联网协议互转
，使异构网络互联互通
。多途径共同
监管能够有效减轻人工负担
，减少医疗事故
,缓解患者输液过程中的焦虑和烦恼
，同时能够为医疗
数据分析提供支撑
。
［关键词］物联网
；互联网
;智能点滴
;监控
;输液
［中图分类号］
TP391 ［文献标志码］
A ［文章编号］
2095 -7602（2020）12 -0066 -06
1研究背景
传统输液医疗系统主要使用人工监控
，存在以下几个问题
「1］
：（1）在输液过程中患者家属和医护人员需
要时刻注意点滴滴速的变化。
（2）当药液输完时
，患者身边无人看护
，若医护人员未及时处理
,可能会引起回
血、凝血堵针头等
,进而导致医患纠纷。
（3）人工监护需要不间断地观察输液情况
，增加了家属和医护人员的
负担,容易因疲劳疏忽而导致安全隐患。针对这些状况,市场上已出现部分智能输液产品,但由于发展时间
短
，主要存在以下问题
「2］
：（1）输液信息的存储空间有限
，单片机终端操作没有实时通信的功能
,无法进行远
程的数据传输。
（2）点对点的数据输出
,传输速度慢
,距离短
,受地域限制。
（3）安装受环境所限制
,适用性
差
,监控方式单一
，不能实现远距离的监控和报警。
（4）医疗信息服务器仅集成输液信息
，未对数据进行处
理、分析和存储。
针对以上问题
，本文提出了智能点滴监控系统
，其具有以下优点
：（1）利用传感技术
，准确、实时地监控输
液情况
「3
一5］，包括滴数、剩余时间、剩余容量、药品等信息，建立反馈机制，自动调节滴速。解决监控方式单一
问题。
（2）利用无线传输技术
，避免有线弊端。
（3）运用远程系统监控和云存储
，解决地域和存储空间受限等
问题,还通过数据挖掘,提取关键信息。
2智能点滴监控系统的总体架构
该系统由若干点滴信息采集节点和智能点滴信息服务器组成。点滴信息采集节点实时采集点滴监控信
息，出现异常时自动启用反馈机制，并将点滴信息汇总到智能点滴信息服务器;智能点滴信息服务器监控到异
常点滴信息时，将预警处理策略发送给点滴信息采集节点。智能点滴监控系统的总体架构图如图
1所示。
［收稿日期］
2020 - 04 - 02
［基金项目］
福建省教育厅项目“基于机器视觉的车道保持控制系统的研究”（JAT190972）；福建省中青年教师教育科研项目
“基于机器视觉的胶合板表面缺陷检测研究”（JAT171099）。
［作者简介］
林梅燕，女，讲师，硕士，从事电子通信及智能信息处理研究。
• 66
•图
1智能点滴监控系统的总体架构图
智能点滴监控系统包含若干实体:点滴信息采集节点、点滴信息汇聚节点、点滴信息服务器。多个点滴信
息采集节点通过无线方式连接点滴信息汇聚节点
，它们之间采用物联网通信方式
;多个点滴信息汇聚节点通
过有线或无线方式
（互联网通信
）连接智能点滴信息服务器
，它们之间采用互联网通信方式
;智能点滴信息服
务器与医护信息系统互联互通
,医护人员通过
PC或移动终端查看点滴信息。本架构是一个异构网络监控架
构,物联网和互联网异构，点滴信息采集节点是异构网络通信的桥梁。将服务器存储、管理各汇聚点发送来的
数据上传到公网的百度云
,PC端和手机端通过访问云端数据
，可实现实时查看各采集端的信息
，并在剩余时
间低于预设值时进行相应的报警提示。在云端数据中进行大数据的分析,例如统计一年中最大药品使用量的
季节、不同年龄段使用的最大药品量的药品名、每个月份最大使用量的药品名等，挖掘出热门的药品，通过分
析药品使用量可知目前的病人数量及相应的病种等信息，将这些信息输送给医疗管理部门。
3智能点滴监控系统的硬件结构
点滴信息采集/汇聚节点的架构图如图
2所示
，其硬件上主要由点滴信息采集模块、无线通信模块、预警
模块和执行模块组成。点滴信息采集模块采集点滴流速信息;无线通信模块用于物联网无线通信，支持物联
网通信的
ZigBee/Wi -Fi或蓝牙等无线物联网模块
;预警模块包括显示模块和音频模块
;执行模块包括微电
机等执行模块。点滴信息采集/汇聚节点软件逻辑上分为硬件驱动层和软件中间件层。点滴信息采集/汇聚
节点软件包含采集驱动、无线驱动、预警管理驱动和软件中间件层。其中，软件中间件层相当于微型操作系
统，协调点滴信息采集/汇聚节点中软件任务的执行。
图
2点滴信息采集/汇聚节点的架构图
4智能点滴监控系统的软件结构
本系统软件设计主分为点滴采集端、集中端、管理端三端设计°
4. 1 采集端主程序设计
采集端主程序总流程图如图
3所示
，采集端系统初始化
，判断红外传检测板是否检测到液滴信息
，当传感
器检测到液滴信息时,首先计算液滴的滴速、剩余容量、剩余时间等信息，并在显示屏显示相关数据,其次判断
・67
・当前滴速是否处于预设值，若滴速不在阈值内就启动报警，将步进电机子程序作为反馈调节机制，调节滴速后
重新计算,直至滴速处于阈值之内时,再将数据发送至集中端。
初始化
图
3采集端主程序总流程图 图
4集中端主程序总流程图
4. 2 集中端主程序设计
集中端主程序总流程图如图
4所示
，包括集中端系统初始化
；判断集中端是否接收到数据
;将接收到的数
据通过
Wi-Fi发送至服务器
，最后返回判断是否接收到数据。
4. 3系统软件部分子程序
4. 3. 1步进电机控制
4. 3. 1. 1反馈装置人工设计
将电机与一节螺栓头部衔接
，螺母部分与一段压缩的弹簧衔接
，固定住弹簧以及螺栓
，启动电机时由于力
的作用是相互的
,未固定的螺母将受到弹簧的挤压而前进或者后退
，将输液线放置在螺母与螺栓之间
，输液线
被压缩
，滴速逐级递减。电机导通相序
「6］为四个等级
:第一等级电机转过
1/4圈
，滴速每分钟减少
0.5 mL
；第
二等级电机转过
1/2圈
，滴速每分钟减少
1 mL
；第三等级电机转过
3/4圈
，滴速每分钟减少
1.5 mL
；第四等级
电机转过
1圈
，滴速每分钟减少
2mLo装置原理图如图
5所示
，装置实物图如图
6所示。
图
5装置原理图图
6装置实物图
・68
・4.3.1.2步进电机控制软件设计
系统输液速度控制的电机采用
28BYJ -48四相五线步进电机。步进电机根据滴速预设值与实际值的比
较大小来控制正反转。如预设滴速
0〜
4 mL・
min-1为慢
，滴速
10 ~40 mL・
min-1为快
，则当实际值处于
0〜
4 mL・
min-1时说明滴速过慢
，步进电机正转
;反之步进电机反转
，若当实际值处于预设值范围之内
，则步进
电机不做任何动作。步进电机控制流程图如图
7所示。
（开始）
图
7步进电机控制流程图初始化
检测到一
滴液
计算滴速
计算剩余
容量
计算剩余
时间
图
8计算子程序流程图
4.3.2计算滴速、剩余容量、剩余时间子程序
输液速度的计算
:根据滴系数
1滴为
1/10 mL
，每
10 ms记一次
Time值。程序如下
:
Speed_Data 二
600/Time
；
剩余容量的计算:通过瓶中总容量减去当前所用的时间乘以滴速。程序如下:
Volume_surplus 二
Volume_all - Time_all * Speed_Data/60000
；
剩余时间的计算:用剩余容量除以滴速。程序如下：
Time_surplus 二
Volume_surplus/Speed_Data
；
计算子程序流程图如图
8所示。
4. 4 管理端
集中端设置在护士站
，主要包括服务器与手机端
APP的设计
，服务器设计主要由数据库的设计和与监控
端的交互设计组成
，采用
TCP通信协议
，将监控数据通过打包逐个网络传送至服务器
,且将数据存储到数据
库中。手机端
APP则是给用户直观的数据浏览⑺
，手机端
APP的设计主要由用户操作界面设计⑻和与服务
器的交互设计
［9］组成
,APP通过
HTTP与服务器进行通信。
4. 4. 1 服务器设计
服务器端以
PC作为本地服务器
,搭载了
Apache实现服务器的相关服务、
PHP实现响应通讯并进行相应
操作、
MySQL数据库实现数据存储。
服务器的总体设计原则
:主要包括数据库设计和监控端与服务器的交互
，数据库设计采用
MySQL数据
库
，有利于系统的可移植性和兼容性
，采用
Apache对本地服务器进行配置
，采用
PHP实现本地服务器交互响
应
，服务器整体设计图如图
9所示。
・69
・
