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流畅输液，用单片机控制滴速
输液是医院中常见的治疗手段之一，而输液滴速的控制对患者的
治疗有着至关重要的作用。
因此，设计一种基于单片机的输液滴速控
制系统就显得尤为重要。
下面，就来介绍一下本系统的设计理念和具
体实现步骤。
首先，我们需要清楚地了解输液滴速的控制原理。
在常见的输液
滴速控制装置中，滴速控制器通过手动调节，从而控制输液滴数和滴速。
但手动调节存在着误差和不方便的问题，因此，我们需要采用自
动控制的方式，利用单片机进行精确的控制。
接着，在硬件设计方面，我们需要选用高精度的流量传感器和电
磁阀，以确保输液精度和可靠性。
同时，我们将采用LCD1602液晶显
示屏来显示当前的滴速和设定的滴速值，使医护人员能够随时掌握输
液情况。
在软件设计方面，我们将采用PID算法来控制滴速。
PID算法是一种经典的控制算法，具有控制精度高、响应速度快等优点。
具体地，
我们将通过流量传感器实时采集流量数据，并通过PID算法进行处理，计算出当前的滴速值与设定的滴速值进行比较，从而控制电磁阀的开
启和关闭，实现准确的滴速控制。
最后，本系统还具有报警功能。
当输液滴速偏差超过设定值范围时，系统会通过声音和液晶屏等方式进行报警，以提示医护人员及时
处理。
综上所述，基于单片机的输液滴速控制系统为临床治疗提供了可靠的仪器设备，具有快速、准确、智能化等优点，进一步提高了医疗的质量和效率。
静脉输液过程中滴速自动控制系统的建模姓名：*** 02111186柴磊 02111100丑静远 02111106季朝亚 02111122摘要：为对静脉输液过程的滴速自动控制系统进行设计和分析，本文对此类型系统进行建模。
本系统采用一阶惯性环节对执行机构的动态特性进行描述；采用定积分对基于红外光电对管的滴速检测环节进行建模。
引言静脉输液器是常用的医疗设备，一般由输液瓶、静脉针、护帽、输液软管、药液过滤器、流速调节器、滴壶、瓶塞穿刺器、进气管空气过滤器连接组成。
其流量调节需要通过人手操作塑料夹持器收紧或放松输液软管来实现。
如今，不少特殊药物需要严格控制输液速度，而输液速度往往受液体静压、穿刺点与调节液面的相对高度、病人体位变化、所用药物性状、病人身体状况等诸多因素影响，需要在输液过程中进行动态调节。
医护人员要经常巡视并调整滴速，监视药液余量等。
因此，开发自动化的输液过程控制器，对于减轻医护人员繁重的工作压力有重要意义。
一、控制系统设计本文所述被控对象是一个过程，所以设计了一个典型的过程控制系统，主要由控制器、执行器、控制对象、反馈环节组成，如图1 所示。
实施过程中系统的示意图如图 2 所示。
滴速是过程的被控变量，采用夹持器调节软管开度，即夹持开度作为过程的控制变量，电机及传动装置为执行机构（内嵌在夹持器内，图中未专门画出），采用单片机作为控制器，采用光电传感器作为检测装置。
图1控制系统方块图图二控制系统实施示意图二、控制系统建模2.1被控对象建模2.1.1静态模型静态模型即夹持器开度和滴速的静态关系，可通过实验测定。
实验中，液瓶底部与注射针头的距离为 1.25 米，注射针头与大气相通，单向调节夹持器开度（包括从全闭到全开和从全开到全闭），每隔10%记录一次滴速数据，多次试验取平均值后数据曲线如图 3 所示，图中空心圆点是实验测量数据。
采用如式（1）所示Sigmoid 函数拟合，Q0=a01+e−a1(s0−a2)(1)式中：Q0为滴速；S0为夹持器开度；a0、a1、a2为模型参数a0= 118 、a1= 0.25 、a2= 40 ，取可得拟合曲线图中实线所示。
液体点滴速度监控系统设计摘要：本设计研制了一种液体点滴速度监控系统。
该系统以单片机为核心,可以实现自动检测并显示液体点滴的速度、用键盘设定点滴速度和对异常情况进行声光报警等功能。
采用红外光电传感器检测液位信号，通过硬件滤波和保护装置消除杂散光干扰。
并能通过上位机与下位机之间的串行通信，实现对多台下位机进行远程监控与管理。
该系统工作稳定、操作简便，能有效的解决目前简易液体点滴装置和输液泵之间的空缺，在医疗卫生领域中具有广泛的应用前景。
关键词：点滴速度，单片机，串行通信，步进电机Abstract：The monitoring system for the transfusion was developed with microcontroller unit used as a core. The system realizes auto detection and display of the drip velocity. The drip velocity can be set by keyboard and the abnormal event alarm has achieved. The signal of the liquid level was detected by the infrared photoelectric sensor, and the interference of abnormal light was eliminated by the hardware filter and the protect device. In addition, the remote monitoring and managing of several lower computers was achieved by serial communication. The system is stable in performance and simple in operation. The system has bright application future in medical treatment field.Keywords：Dropping speed, Microcontroller unit, Serial communication, Stepping motor目录1前言 (1)1.1 设计背景 (1)1.2 设计目标 (1)1.3 技术路线 (1)1.4 实施计划 (2)1.5 必备条件 (2)2总体方案设计 (3)2.1 方案比较 (4)2.1.1 滴速检测方案 (4)2.1.2 液位检测方案 (4)2.1.3 滴速控制方案 (4)2.1.4 电机选择方案 (5)2.1.5 点滴速度计算方案 (5)3单元模块设计 (7)3.1 各单元模块功能介绍及电路设计 (7)3.1.1 滴速检测模块设计 (7)3.1.2 液位检测模块设计 (7)3.1.3 电机驱动模块设计 (8)3.1.4 声光报警模块设计 (10)3.1.5 键盘模块设计 (10)3.1.6 显示模块设计 (11)3.1.7 通信模块设计 (12)3.1.8 中央控制模块设计 (13)3.1.9 电源模块设计 (14)3.2 电路参数的计算及元器件的选择 (14)3.2.1 时钟电路 (15)3.2.2 复位电路 (15)3.3 功能器件的介绍 (15)3.3.1 AT89C51介绍 (16)3.3.2 8255A介绍 (18)4软件设计 (24)4.1 软件设计所用工具 (24)4.2 软件结构图 (24)4.3 软件流程框图 (25)4.3.1 上位机软件流程框图 (25)4.3.2 下位机软件流程框图 (26)4.3.3 上、下位机通信软件流程框图 (28)5系统调试 (31)6系统功能、指标参数 (38)6.1 系统能实现的功能 (38)6.2 系统指标参数测试 (38)6.2.1 点滴速度测试 (38)6.2.2 报警功能测试 (39)6.3 系统功能及指标参数分析 (39)7结论 (40)8总结与体会 (42)9谢辞 (43)10参考文献 (44)附1 系统的原理电路图 (45)附2 外文文献翻译-译文 (46)附3 外文文献翻译-原文 (56)1前言随着医院管理系统趋向于电子化、网络化，利用单片机与现代控制技术提高医疗器械的自动化程度成为目前主要应用方向之一。
输液控制系统的设计[摘要] 本文设计的输液控制系统，实现了对输液速度的检测与控制，实现了对储液瓶中液面高度的检测报警，使用者可以通过按键设置输液速度，系统将自动对输液速度进行控制。
当输液结束或输液速度发生异常时，报警并停止输液。
本论文还设计出一种结构简单的输液加热器，使得在低温环境下输液也能大大减少不适反应。
[关键词] 输液控制硬件设计软件设计1.前言随着人们对生活要求的不断提高，在医疗领域对输液量和输液速度精度的要求也越来越高，对静脉输液的流量进行精确的控制可以达到更加的治疗效果，但现在的医院输液系统仍主要是靠人员的手动操作，护士根据病人的实际情况来手动调节液滴的速度，使得药液的滴速不能十分准确，而且随着单个患者输液和注射通路的增多以及整个病房、病区输液和注射器的大量使用，医护工作人员的劳动强度越来越大，差错率也大为上升，这些都成了医疗隐患，给病人和医院都带来很大麻烦，而且一些特殊的患者往往因为药物不能以恒定、适当的速度，自动定时、定量、恒温向病人进行灌注，给病人带来了更多的本可以避免的痛苦。
综上所述，在输液过程中，需要一种输液设备，其输液量和输液速度都可以精确控制，且能避免他人随意更改，而且能够对整个输液过程的安全性进行自动监测，以便减轻护理工作的强度，改善医患间的关系，达到更好的治疗效果[1] [2]。
2.系统的硬件设计图1 系统总体原理框图输液定量控制系统的整体设计思路是：利用AT89S52单片机的定时器、通信串口、大量的通用I/O口和在数据处理方面需要用到的快速的硬件乘法器及高速的指令执行。
系统由传感器检测电路、控制电路、报警电路、LED显示电路、键盘电路等部分组成。
系统总体原理框图如图1所示。
本文将对主要硬件电路设计进行详细论述。
2.1 监控系统的硬件设计设计的监控系统方案如所示。
本监控系统采用单电源方案，这样，将使电路更加简单、安全、方便。
输液采集信号系统中，采用的光电传感器结构，红外发光二极管发出红外光，光线照射到光电三极管上，光电三极管将接收到的光信号转换成电信号输出，当输液管有液滴通过时，光电三极管送出高电平信号，当输液管没有液滴通过时，光电三极管输出低电平信号。
摘要:目前，许多医院普通病房患者静脉输液过程中存在输液速度无法人性化监测和调节等问题，设计提出了一套针对不同病人的输液状况进行实时监控并能准确调节液滴速度的装置。
该系统在微改变传统输液形式的前提下，以单片机AT89C51为核心，利用红外对管传感器监测液滴每分钟滴数和液位变化，然后控制步进电机来调节液滴瓶的高低来实现对液滴滴速的控制。
该设计临床实现比较容易，具有较高的实用价值。
关键词:红外对管液滴速度AT89C51步进电机0引言静脉输液是临床治疗中最常用的，临床上一般根据药物和患者的不同情况来配以合适的输液速度，输液速度过快可能导致中毒等不良反应。
常规的临床输液，常用挂瓶输液，依靠眼睛来观察、手动夹具来控制输液速度，这种传统的输液方式并不能精确的控制输液速度，并且工作量大，造成较多的人力资源浪费。
本设计就是为了解决上述的人力资源浪费以及输液速度问题而设计的液体点滴速度自动控制装置。
1自动控制装置硬件设计1.1点滴速度测量采用红外对管来发射和接收点滴信号，采用断续式的工作方式，当液滴滴下时阻挡了红外接收管接收红外线，从而产生一个高电平脉冲信号。
红外对管检测液滴原理图如图1.1所示：图1.1红外对管检测液滴原理图由于红外光产生的光信号较弱，其接收管接收的信号更是十分微弱，相当于毫伏级的电压。
所以必须经过放大电路将其放大到系统能识别的信号。
本设计采用集成运算放大器LM324构成的同向交流放大器。
经过放大电路处理后的信号并不标准，单片机并不能直接识别，因此需要使用电压比较器将不标准的脉冲信号转化为标准的脉冲信号，采用集成电压比较器LM339实现。
1.2液位检测当点滴液位低于警戒线以下时必须发出声光报警。
在这种情况下，关键是如何检测液面高度。
检测方法与液滴测量相同，仍然使用红外对管来发射接收液滴信号。
根据红外接收管接收的光强度的大小，来确定是否达到警戒线水位。
由于红外光通过空气和水的光强不同，因此吸收系数也有不同，当液位高度低于警戒线（离瓶口2-3cm ）时，红外对管会接收到信号，即为报警信号，此时蜂鸣器报警。
Design of Realizing the Function of Spot Speed Monitoring and Control Based on SCM Technology CHEN Wu-lin1，YAN Jian-sheng1，HUANG Tian-c AN Ling-hui21Department of Electric Engineering, hen1，WANG Jian-qiang1，TI Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China; Phone :+86 031197994743E-Mail: cwl@2Shenzhong middle school , HeBei 053800, ChinaAbstract: With a single-chip microcopy (SCM) as its core and assists with some electrical wires, using the infrared technology and so on, this instrument have realized the function of spot speed monitoring and control. To make the system more useful, we add figure-keyboard to it, with which people can set the function of spot speed by ones wish. Now, based on the communication among the SCM(s), consists of a SCM-internet by which one major module can control several small modules. Monitoring and controlling the function of spot speed is the major utilize of the small modules. Besides, emergency-ring, speed setting up and figure displaying and those shall realize the rest. This system monitors the function of spot speed and setting up emergency-ring line by using the infrared transmission. Its resisting interference is so strong that the monitor-precision shall rise greatly. The advantage rich resources of SCM are exploring completely which make function of the system stronger Key words: SCM; the Infrared Transmission.I. IntroductionIn medical, it requests the speed of a bit of transfusion to control in certain scope. Traditional transfusion installation in transfusion course, accompanying the liquid unceasing decreasing in transfusion bottle and the transfusion’s speed of a bit unceasing reduction, cannot satisfy medical requirement. This design uses the infrared check installation testing speed of a bit, transformation it to digital signal and inputs SCM. SCM shows it using numberal pipe and at the same time SCM controls walking electrical machineaccording to design, to make the speed control of a bit in the scope that enactments in advance. To increase systematic practicality, from digital keyboard of SCM, user can communicate according to the network and enactment the drop speed of set point by one’s need, can realize transfusion a bit of several wards from control system. It can replace transfusion with existing hospital by the liquid speed supervisory and control arrangement of a bit which have the characteristic with simple control and high precision. There is wide market prospect in the aspect of hospital and family tend, having higher society and economic benefits. It just follows as fig 1:II. Hardware designA. SCM brief introduction: SCM is more called as tiny controller definitely, is 20 century middle of 70 decade development getting up a kind of rule modular of integrated circuit that faces control , its characteristic is function strong , volume little ,reliability is high , price cheap. Once it came forth,it was convenient in industrial control, data collection and intelligence melt the fields such as appearance,electromechanical unifinication and home appliances and have gotten extensive application, also have raised automation level and the technical level of these fields maximally. Therefore application and the development of SCM have become high-tech with asignificantprogram of project field.B. Walk into generator: It is a kind of conductedelement of digital control system. It can change the digital quantitative change of input, is correspondingangular displacement or the displacement of straight line, make digital signals into pulse signals, give firstly pulse signals, motor turns a angle or ongoingone step. Sketch is Fig.2:①THE speed inspection of a bit design: It adopts the infrared sensor drop speed of measurement point, project with direct current, circuit is simple , has steady performance. Consideration uses a pair of pipe,lean droplet to fall take off reflection infrared ray will make accept pipe unknown and produce low level signals, but reflection signals is too weak , can not be monitored efficiently.②The speed control: It is fast to set an initial altitude first, and detection drips now. Then, regulate repeatedly, controlling step into the revolution of generator according to the relation between high and drop speed reaching suitable, make droplet satisfy to set drop speed highly.③The high detection of face of blade with alarm: Using infrared detection Technology, realize its warning function. Let infrared transmitting tube with take over pipe just for set up in bottle two side, and set up in the altitude of cordon, because of sensor when having water with sink water receive signals strength difference. Therefore but basis take over the strong weak difference of signals, with comparator handling,can get the greater telecommunications discrepancy that water level arouses in critical line , and judging from whether water level reaches cordon, SCM sends alarm signal’s.III. Software designSoftware design is systematic crucial link. If hardware is "skeleton", software is “muscle and nerve". Software design is mainly with signals and control signal `s outputting, the communication between main station and stations an d showing with keyboard’s controlling program.(1) Keyboard with showing is complete modular and the frequency that shows are the things that we will consider, because of having measured the speed of a bit, the frequency that shows can set according to needs completely.(2) The software about the communication between main station and stations: With relapse test and elaborate design, with the isolation technology of chief line us have realized standing for war all functions, can realize efficiently to stand for the control of station. Major stands to dispatch information are contained from station number and sign position, as well as the control data that it wants. Stations are in always to take over state , will want to return to main station information, state changes over to dispatch, data’s dispatching completely is still in to take over state, wait main stationcontrol and inquiry. Main station adopts to decide point with tour inspection two ways.(3) Software flow chart is as Fig 3:IV. Experiment Result(1) A bit speed control: Set a speed of a bit, the measure by every time with showing that. At the same time, regulate the high to control the speed of a bit, shows as follows: In table, the data analysis of test can be known ,this system has reached title requirement completely ,also, has highest precision under the condition in the mezzo speed, in the two ends of dropping rapid of controlling scope, the controlling error is also on the small side.(2) Liquid surface inspection to give an alarm test: Measure liquid surface’s altitude give an alarm,under the case of the fast rapid speed, have recordedsome groups of data, is 2.5 respectively.(3) For system enter the time needed by steady state test, the longest time is 1 minute and 32 seconds, this time is from the lowest end to the highest end, and the regulation time of other condition is smaller than this number. By the time that this system enters steady state, is smaller than the index. It satisfiestitle requirement.V. ConclusionThe system have completed title requirement basically and have realized the control regulation of a bit, can compare accurate regulation to assume random setting value .In systematic design course, it is simple that we make great effort line in line with practical attitude, to make the hardware circuitry simpleness and bring into play the agile of program and let high limit to excavate SCM resource, in order to satisfy problem requirement to keep close to life reality. However, since time is hurriedly and the ability infinity. This system still has the place of many worthwhile improvements, with the expecting of the readers’ criticism and comment.REFERENCES[1] Zhang Hong-run Zhang Ya-fan. SCM principle and application Beijing: Tsinghua University pressed in 2005.[2] Kang Hua-guang technical basic digital partial (the edition of 4th) Beijing: It is higher to educate pressed in2000.[3] Blanco J, et al. Micromachined inertial sensor development at north. Proc. 49th Annual Meeting,Institute of Navigation, 1993;实现基于单片机技术的点速度监控和控制装置的设计陈吴林1,燕建生1,黄天成1,王建强1,田灵慧21电气工程工程部、军械工程学院,中国石家庄050003;电话:+ 86 031197994743电子邮件:cwl@2、中国河北省中学053800摘要:以一个单片机(SCM)为核心,并协助一些电线,使用红外技术等做出一个器件,这种器件能够实现点速度的监控和控制。
• 155•静脉输液作为一种常规治疗方法，被广泛应用于医疗护理当中。
但存在难以实时监视滴注过程，不能满足滴速、温度的精确控制等诸多问题。
针对此类问题，本文基于超低功耗的MSP430系列单片机设计了一个智能化静脉输液控制装置。
该装置具有输液计数、缺液报警、药液滴速与温度智能控制及网络通信等功能，且体积小、价格低廉、控制精度较高。
能够实现对输液过程的智能化监控和管理，从而减轻医护人员的工作量，有利于提高医院自动化水平。
1 引言静脉输液是一种通过静脉向患者体内输入药液或营养液以达到治疗疾病、补充体液的常规治疗方法，被广泛应用于医疗护理当中。
当前，在临床治疗的静脉输液过程中，通常是医护人员根据药物和患者年龄段及其身体状况通过手动调节方式设置输液速度。
而此种静脉输液方式存在难以实时监视滴注过程，不能满足滴速、温度的精确控制等诸多问题。
临床治疗时，一般在患者开始正常输液后医护人员就会离开，主要依靠患者或家属时刻查看剩余药量；如果药液输完而未及时拔针，可能会给患者带来一定的痛苦、甚至造成生命危险。
患者因其年龄和身体素质不同对输液速度也会有所差异。
一般情况下，成人输液速度为40～60滴/分钟，老人或小孩原则上每分钟不能超过20～40滴/分钟。
而对于一些特殊病人，对输液速度的控制要求则更高。
例如，冠心病患者在使用硝酸甘油等硝酸酯类药物进行输液时，为8～15滴/分钟，速度过快，容易造成血压骤降等副作用，严重的还会危及生命。
另外，如果输入体内的药液温度过低，可能会导致患者不适，并影响治疗效果。
输液时普遍通过热水袋、热毛巾热敷加热，而这种加热方式很难保证药液温度的稳定。
目前医院普遍采用弹性泵、注射泵和输液泵等智能输液监控设备解决此类问题（李玉财，静脉输液速度光学检测及控制方法研究[D].哈尔滨工程大学，2016）。
但这些设备大多存在体积大、不便携带、价格昂贵、调节速度慢以及药液控制精度低等缺陷。
鉴于此，本文利用单片机设计了一个智能化静脉输液控制装置。
输液速度监控器的设计首先，一个输液速度监控器应包括以下组件：1.流量传感器：用于检测药液的流速。
传统的流量传感器使用机械式流量计，但这种传感器不够精确，容易受到温度和压力等因素的影响。
因此，我们可以采用电子式流量传感器，它可以通过电磁感应或者超声波技术来实现非接触式测量，提高测量精确度。
2.控制模块：用于计算药液的流速和输液时间。
控制模块应该具备高精度的时钟和计数器，以确保计算结果的准确性。
同时，它还应该具备数据存储和处理功能，以便对输液速度进行记录和分析。
3.显示屏：用于显示药液的流速和输液时间，并向操作人员提供警报信息。
显示屏应具备足够的亮度和清晰度，以便在光线不好的情况下也能清晰可见。
4.警报装置：当输液速度超出安全范围时，警报装置应该及时发出警报信号，以提醒操作人员注意。
警报装置可以使用声音、光线或振动等方式进行警示，以适应不同环境和操作人员需求。
5.电源：输液速度监控器需要一个稳定可靠的电源，以保证设备的正常运行。
通常可以使用可充电电池或者直接接入交流电源进行供电。
在设计输液速度监控器时，还需要考虑以下几个方面：1.界面设计：设备的界面应该简洁明了，操作方便。
可以使用触摸屏或者物理按键进行操作，以满足不同操作习惯和需求。
2.数据处理与记录：监控器应该具备数据存储和处理功能，可以将输液过程中的流速数据进行记录，并进行分析。
可以使用内置存储器或者外接存储卡等方式进行数据的保存。
3.轻便便携：由于输液速度监控器需要随时使用，因此应该设计成便携轻便的形式，方便携带和操作。
4.安全性能：输液速度监控器应具备良好的安全性能，可以检测药液的流速并及时发出警报。
同时，设备应具备防水、防尘和防震等功能，以提高设备的稳定性和耐用性。
5.耗能情况：输液速度监控器应该具备高效节能的特点，以延长设备的使用时间。
在实际应用中，输液速度监控器可以广泛应用于医院、诊所和家庭等多个场景。
它可以帮助医护人员更好地掌握输液过程中药液的流速，提高治疗的准确性和安全性。
