医用远程自动输液监控系统设计报告

医用远程自动输液监控系统设计报告1 绪论1 本项目的提出及研究意义当人前进的脚步迈入电子领域的那一刻，就预示着一个新时代的来临，预示着人类将逐渐脱离全手工的劳动方式，预示着全球智能化的发展方向和趋势。

目前，国内外均开始关注“以人为本”这种思想，越来越多的商品也秉承这一制造和销售理念，人类的生活在科技的飞速发展中得到不断的改善，从国外的智能化房屋，到国内逐渐兴起的智能化小区，我们生活水平正在悄然的与“智能化”这个名词与日具进，以往大多被用于工业生产的智能系统也逐渐以崭新的面貌走到我们身边，越来越丰富的智能化用品出现在世面上，人们对“生活智能化”的关注告诉我们，下一个时代，将是一个智能产业飞速发展，多元应用，空前繁盛的时代。

或许，你有过这样的认识，在医院中，输液是大多数病症需要的治疗方式，而因输液带来的问题也是经常出现的，这也影响到了病人的身体健康。

由于医院中护士的工作繁忙,再加之疲劳，就可能不能很好的监护病人的输液情况，这就需要病人自己或其家人随时都要注意输液情况，这样一来，就使得病人以及病人家人为此而不能很好的休息，其家人也得要耽误大量的时间来监护病人。

然而，即使在有人护理的情况下，病人与护理人员在长时间的等待之中也极易疲劳，也极易发生药物输完后空气进入体内的危险情况，这样即不方便，对病人的身体也是非常不利的。

鉴于这个问题，有人肯定回产生疑问：“能否发明一种可以自动监测药物剩余量并及时通知护士更换药物的装置呢”？通过这样的启发，我们小组的同学积极的思考，发现解决此问题的关键在于：1）如何正确的监测药物剩余量。

2）使用何种方式提示护士应该换药。

3）如何实现多人监测。

4）用那种方式传送信号更加稳定，更加可靠。

结合我们所学的专业知识，我们联想到无线电波是由发射点向四面八方传播，可以穿过阻挡物，而且可以传播到很远的距离，因此它的控制可以在很大区域和空间内实现，而且易于实现多路信号控制。

为此，我们在前人研究的基础上探索出了一种可编程无线电遥控多通道开关系统的设计方法。

实验表明，采用该方法设计的遥控开关系统控制方便，适用于含有较多受控电器的场合，可实现多路多功能控制。

而药物监测端我们考虑到药物所受的重力是一个便于检测的物理量，也能很容易的转变为电信号传送，于是，我们决定本系统的前端数据采集器以弹簧作为模拟传感器，测出输液过程中的初值与终值的。

将弹簧作为重力信号的传感装置，只要弹簧的拉伸程度达到了我们所设定的值时，两个触点就会接触，将发射电路接通，使其发送数据。

再将执行换药提示的电信号传送给系统的中心控制芯片---单片机，经过单片机处理后，计算出需要换药的具体某一个病人的编码，从而准确的告知接受终端，为了更人性化的考虑，我们采用语音报床位和数码管提示，让结果一目了然，便于护士做出下一步行动，避免因繁忙和人为因素引起的错误。

2 系统总体设计方案2.1 系统组成框图输液无线自动监控系统（简称输液监控系统）的总体设计方案图（见图2.1），首先由前端数据采集器得到信号后，传送给无线发射模块PT2262，再由PT2262传送给接收模块PT2272。

单片机与PT2272相连，则传来的信号则由单片机处理并驱动语音芯片报出床位号。

图2.1 系统组成方框图系统简述1 前端数据采集器我们根据弹簧长度与自身受到的拉力在一定范围内成正比的原理，以 弹簧作为前端数据采集的模拟传感器，测出输液过程中的弹簧长度的 初值与终值。

将药物重力差信号转换为弹簧长度差信号，弹簧所受的 拉力在药物逐渐减少的过程中也相应减小，从而弹簧的长度也随之变 短，当弹簧的拉伸程度减小到了我们所设定的值时，信号发射触点就 会接触，将发射电路接通，使其发送数据。

报警无线接收无线发送数据接收端 PT2272单 片 机语音报警 ISD2560前端数据采集器数据 发送端 PT2262拉力弹簧：图2.2 弹簧示意图①弹簧常数：以k表示，当弹簧被压缩时，每增加1mm距离的负荷(kgf/mm)；弹簧常数公式（单位：kgf/mm）：k=(G×d4)/(8×Dm5×Nc)② G=线材的钢性模数：琴钢丝G=8000不锈钢丝G=7300磷青铜线G=4500黄铜线G=3500d=线径Do=OD=外径Di=ID=内径Dm=MD=中径=Do-dN=总圈数Nc=有效圈数=N-2③拉力弹簧的初张力：初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力，初张力在弹簧卷制成形后发生。

拉力弹簧在制作时，因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同，使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。

所以安装各规格的拉力弹簧时，应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力：初张力=P-（k×F1）=最大负荷-（弹簧常数×拉伸长度）④拉力大小的计算：1）对于弹簧所产生的弹力大小，可以应用胡克定律来计算它的大小，即在弹性限度内，弹簧的弹力的大小跟弹簧长度的改变量x成正比，有F=k·x。

其中公式中的k为弹簧的劲度系数，它描述了弹簧本身的一种属性（软硬程度），它与弹簧的材料、长短和粗细有关。

在数值上等于弹簧被压缩或伸长1米时弹簧所产生的弹力。

2）对于弹簧之外的一般弹力，应根据物体的运动状态，可利用平衡条件或牛顿运动定律来计算拉力的大小。

3）线与物接触：拉力方向沿线拉伸方向。

2 病房报警信号发送终端病房报警终端是连接在前端数据采集器上的无线数据发送装置，其数据输入口分别连接在前端数据采集起的两个触点上，这样就会向PT2262其中的设定好的数据口发送一个高电平，那么同时PT2262就会发送出编码，被调制在频率为315MHz 的载波上发送到PT2272去。

3 护士室监控终端根据比较成熟的国内外语音电路情况，选取ISD2560，并根据ISD2560的内部结构接适当外部参数元件，ISD2560的时序和MCS51系列单片机兼容，其输入输出口可直接接单片机（AT89C51）的I/O口，并辅有模数两套控制，我们采用模数分开走线综合控制方针，这一方针通过试验可行并稳定。

为了配合PT2272的编码，并实现人性化的界面要求，采用3-8译码器译出去数据并通过发光二极管显示床位，达到提醒护士的目的，由PT2272的数据输出引脚直接连接3-8译码器（74LS138）的数据输入端，并提供74LS138的工作电压，74LS138的输出可驱动发光二极管，输出可直接接发光二极管，由它来表示床位号。

3 监控系统硬件电路设计3.1 硬件电路的总体分布图3.1.1 硬件电路模块分布图本系统的硬件电路（见图3.1）主要由5大部分构成：PT2262信号发射电路，PT2272信号接收，单片机，ISD2560语音电路以及发光二极管显示电路。

图3.1 硬件电路分布图3.1.2 主要器件的选取①信号发射电路：PT2262，拨码开关，SP 数据发射模块 ②信号接收电路：PT2272，拨码开关，SP 接收模块，天线 ③主芯片电路：89C51④ISD2560语音电路：ISD2560，LM386 ⑤发光二极管显示电路：74LS138，发光二极管PT2262 信号发射电路PT2272 信号接收电路单片机 ISD2560 语音电路发光二极管显示电路3.2 前端数据采集器的设计3.2.1 前端数据采集器设计图图3.2 前端数据采集器设计图3.2.2 工作原理前端数据采集器（见图3.2）的工作原理是在弹簧的拉伸中，其长度会发生变化，可以测出输液瓶装满液体和液体流完后的空瓶子之间的重量差，这样弹簧发生的形变而产生的距离差就可以形成一个模拟开关，只要其距离差为0，则无线信号发射电路会自动接通，发出报警信号。

3.3无线通信硬件电路各模块设计3.3.1 PT2262/2272编译码原理PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。

① 首先介绍的是编码芯片PT2262：它发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT 脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。

当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz 的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz 的高频发射电路停止振荡，所以高频发触片 1触片2输液瓶弹簧射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。

PT2262/2272是一对带地址、数据编码功能的无线遥控发射/接收芯片。

其中发射芯片PT2262-IR将载波振荡器、编码器和发射单元集成于一身，使发射电路变得非常简洁。

图3.3PT2262引脚图图3.4 PT2262内部原理框图表3.1 PT2262管脚说明表名称管脚说明A0-A11 1-8、10-13 地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”，“1”，“f”（悬空）D0-D5 7-8、10-13 数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉Vcc 18 电源正端（＋）Vss 9 电源负端（－）TE 14 编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效OSC1 16 振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率OSC2 15 振荡电阻振荡器输出端Dout 17 编码输出端（正常时为低电平）表3.2 PT2262极限参数（Ta=25oC ）表参数 符号 参数范围 单位 电源电压 Vcc 2~15.0 V 输入电压 Vi -0.3~Vcc+0.3 V 输出电压 Vo -0.3~Vcc+0.3V 最大功耗（Vcc=12V ） Pa300 mW工作温度 Topr -20~+70 o C 贮存温度Tstg-40~+125oC表3.3 PT2262电气参数（除非特殊说明Tamb=25oC VDD=12.0V ）表② 下面介绍的是无线接收解码芯片PT2272：解码电路采用编解码芯片组PT2262/2272中的解码芯片PT2272。

该芯片内部有地址解码、振荡和系统定时、数据检测、同步检测、控制逻辑、译码逻辑电路。

PT2272的A0~A7端是芯片的地址码设置端口，地址码就好比是一张身份识别的证书，只有接收端的地址码和发射端的地址码设置完全相同，输出端才有输出信号。