嵌入式WiFi智能输液云监控系统

嵌入式WiFi智能输液云监控系统

摘要：我们以ADuCM4050单片机为控制核心，基于传感器技术、单片机技术、无线通信技术、NFC技术、智能云技术等研究设计了一套嵌入式WiFi智能输液云

监控系统。采用光电检测模块检测输液速度，通过步进电机对点滴速度进行控制，利用液晶和按键设定并实时显示点滴速度，当h1降到警戒值（1~2cm）时，发出

报警信号，实现人机交互。软件部分采用软件滤波、PID算法等，实现系统精确

控制，利用WiFi开发套件发出来的信号，建立起专用的视频监控网络，配合带

有WiFi功能的摄像头，实现远程监控、网络会诊等功能。同时，将输液过程中

的的数据等信息通过互联网接入云平台监控V2.0，实现数据采集、智能预警、系

统走势分析、曲线拟合等多项功能，利用我们强大的手机安卓客户端可以随时随

地监控输液过程中的全部数据，让本系统具极强的设备连接的能力，实现互联网

服务的加载，形成“云+端”的典型架构，具备了大数据等附加价值。

关键词：软件滤波智能云 WiFi 云监控平台

一、设计背景&目的

从2013年起，硬件领域便悄然兴起了一股创新热潮并引发了广泛关注，很

多人也称之为“硬件复兴元年”。而在2017年，发展的速度更加迅猛。结合当

前普通中小医院临床输液过程中人工监护居多。这些医院虽然都安装了简易的有

线报警装置，但仍需输液病人自己观察输液结束时手动报警以呼叫医护人员，护

士人员通过观察报警显示装置后而采取行动。其次，护士靠肉眼观察和经验调节

滴速。显然这种方式难以精确计量控制。而且输液速度过快或过慢，对疗效产生

极大影响。再者，输液器对输液完毕和输液过程中偶然出现的故障，如气泡、阻

塞都不能自动报警，也不能及时切断输液通路，以致产生不良后果。普通的简易

装置存在输液事故发生率高，医护效率低，患者心理压力大等弊端。这就对医院

输液的智能化和人性化程度提出了更高的要求。

二、设计思路

①基本设计思路

本监控系统有两大部分组成：（1）主站（即监控中心）由单片机或PC机作

为上位机，收集各从站的实时信息，进行显示及报警。（2）从站由单片机系统

构成，完成对某一具体的输液控制的监控。其中包括：滴速测定，滴速预设和监控，液位极限报警，人工呼叫等。同时，将这些信息传送到主站，以便实时监控。

②主要解决的问题

在临床医学中，静脉输液虽然应用广泛，但目前普遍使用的输液工具仍然是

传统的茂菲氏输液器，且以人工监控为主。输液时需要将输液瓶（袋）悬挂在输

液架上或者高于患者的穿刺部位，利用势差将药液输入患者体内，护士凭借肉眼

观察茂菲氏管中的液滴并估计输液滴速，根据经验手动调节输液器上的滑轮来控

制输液速度。输液过程中护士需要不停地巡检，并由患者或陪护人员观察剩余药

液量，当药液即将输完或者滴速出现异常时，及时通知值班护士前来处理。这样

不仅增加了医护人员的劳动强度，导致差错率大为上升，而且不利于患者的休息，影响了治疗质量。如果发生药液输完或者输液管堵塞等情况而护士未能及时处理，则有可能会发生回血或其他危险，给患者造成痛苦，甚至导致医疗事故。

三、创新点

1电源电路

整个电路由四节电池供电，除了可以用电池供电外，还可以通过直流输入端

由小型变压器供电，以满足在室内及走动等不同场合的需要。为保证输液正常，

电源电路中还配有电池电量检测装置，以便在电池电量比较低、可能会影响到正

常输液的情况下及时报警，以提醒更换电池。因此，利用单片机内置比较器模块

的特点，即可不用外加专门的电池检测芯片，而只需两个电阻就可以完成此功能。

2键控模块

出于对医疗仪器安全可靠的考虑，为防止按键的误动带来的不安全因素，一

些主要的按键操作都是用组合键的形式完成的，即只有特定的两个键被同时按下

时才能生效。这样，完成所有的操作一共只需要四个键。考虑到单片机的Ｉ／Ｏ

口资源比较丰富，而且每个Ｉ／Ｏ口均有独立的中断能力，因此，４个键可直接

接到单片机的Ｉ／Ｏ口上，并通过中断方式由ＣＰＵ来响应。由于硬件电路比较

简单，与之对应的软件也大大简化。另外，为了提高整机的安全性能，该装置还

配有由于异常情况造成的流速过快而产生的压力超标及药液袋的外围保护壳被打

开的报警装置，报警的同时停止输液，禁止所有操作。

3泵驱动模块

本系统用的输液泵驱动模块由两相４线式步进电机和泵体组成。由于输液要

求计量准确、可靠，因而选用步进电机作为动力装置。步进电机是一种可以把脉

冲激励的变化转换成精确转子位置增量运动的执行机构，它可将脉冲信号变成电

机相应角位移的机械量，从而通过控制脉冲的个数来控制电机转动的时间，并通

过改变脉冲的频率控制电机运转的速度。由电机驱动泵体的凸轮机构循环压缩胶管，从而实现输液功能。为了让输液泵安全、可靠地工作，并且从简化硬件电路

的角度出发，步进电机的运行并不是由单片机来驱动达林顿管直接控制的，而是

通过两根控制线对步进电机的驱动模块进行间接控制，并分别实现启动与控制。

这里的步进电机驱动芯片选用的是ＭＯＯ８３３５。启动信号用于启动步进电机，而运转时间和停止时间则由控制信号控制。本仪器输液的速度是通过步进电机停、转时间的不同来控制的，因为步进电机在整个运行期间，其转速可以保持恒定。

4智能云平台

完善、配套的支撑技术

WIFI云模块：串口或者SPI通信，优化的电源管理，模块支持二次开发

三、总结

本系统针对目前的医院输液过程中存在的弊端，做出了解决方案，推进了医

疗事业的智能化和信息化建设。

参考文献：

[1]孙广俊.张景伟.用CD4046组成的高倍锁相倍频器[J].国外电子元器件,1998,(2):36-37.