电容式传感器应用设计1

电容式传感器用于输液液位自动检测

现在大多数医院诊所的患者在输液是还是要靠医护人员或者是自己留意输液进程，等输液完成或者是需要更换药瓶的时候再呼唤医护人员进行拔针或者是更换药瓶。这种方式既原始又不利于及时操作，尤其是在夜间或者是病人昏迷的时候输液情况仅仅是依靠医护人员的定时查房来确定，不利于病人输液的安全和及时。甚至可能影响对病人的治疗。

所以设计一种简单高效的病人输液自动检查装置，在一瓶药液即将输液完毕的时候，及时发出报警信号，提醒医护人员及时拔针或者是换药。将会对病人的输液治疗有很大的帮助，这在医疗现代化的今天是很有必要的。

设计方案

鉴于输液管的构造，可以用电容式传感器检测输液管输液漏斗位置的电容变化来得到输液情况，平板电容器的电容：

这里可以设定电容两极板间的相对有效面积A和两极板的距离d为定值，则电容的变化与两极板见的介电常数ε成正比。

在输液即将完成时，输液管漏斗里的液位会下降，若将电容极板夹在输液漏斗外壁两侧，就可以将液位变化看做为介电常数变化进而可以转化为电容值的变化。为了保证A和d不变，也为了使用方便，可以将该电容式传感器做成夹子状，使用时夹于输液漏斗外壁。做成夹持式电容液位检测传感器。

为避免药液在输液漏斗内壁上的吸附作用造成ε的干扰，应将电容两极板尽可能做长，最好能与漏斗长度相若。传感器做成的夹子可以用导线连接到房墙上的电源处并且进行信号的进一步处理。

对电容变化值进行检测采取由555定时器组成的多谐振荡器。如图1所示，图中电容C即为电容正负极板的接口，图中555定时器的接口5接地，电源VDD 为+15V直流电源，电阻R1，R2的阻值相等，所以在555定时器的作用下电容

C两端的电压会在和之间往复振荡如图2所示。

Y 轴

X 轴

t

在Q 端输出的脉冲波形随之变化，而且脉冲振荡周期和频率跟电阻、和图1 由555定时器组成的电容测量电路 图2 振荡电路电容电压与输出脉冲波形

电容C有关

可以看出，电容的变化直接影响着555定时器输出脉冲频率，所以该电路将电容值的变化转化为脉冲频率的变化。而且通过二极管D的单向导通作用可以使输出脉冲波的占空比接近50％，近似于方波。

正常输液时，输液漏斗里的液面基本不变，此时夹在输液漏斗外壁的两电容极板之间的介电常数ε基本不变。当药液即将输完的时候，输液漏斗里的液位会下降，电容极板之间的介电常数ε会随之减小，则两极板间的电容值C就会减小，在多谐振荡电路的作用下使输出脉冲波的周期T随之减小频率f却随之增大。这样就把输液漏斗内液位变化这一非电量变换成易于测量的脉冲波形频率变化。通过测量脉冲波形频率的变化就可以知道输液药量的剩余量。

对脉冲频率的测量可以依靠单片机来完成，555定时器的多谐振荡器的振荡频率约为500Hz，所以输出脉冲频率不会超过1MHz这远远低于单片机的自身振荡频率，而且脉冲波形近似方波，所以其高电平信号宽度可以直接反应脉冲信号的周期和频率的变化。所以可以用单片机直接对输出脉冲的高电平信号宽度进行测量。

用单片机测量脉冲信号高电平宽度时，可以将多个555定时器的输出端都接入单片机中，通过软件与硬件的结合，同时对多个电容传感器的输出信号进行测量。当某一脉冲信号的周期减小过某一个值（该值由单片机软件设置）的时候，说明输液漏斗内的液位已经明显降低。此时单片机应该输出对应的信号使对应装于护士值班室的指示灯发光并且打开蜂鸣器进行报警，提醒医护人员或者是病人陪护者及时替患者拔针或者是更换药瓶。

医院可以给每个床位配备一个加持式电容传感器以及振荡电路，考虑每个两个病房里的所有床位的传感器振荡电路输出用一个单片机进行测量，然后将对应信号输出端从单片机接到值班室里的指示灯或者是晶体管显示器。由于每个床位都配有应急按钮用于病人紧急情况时呼叫医护人员，所以该输液检测装置的外电路可以同应急按钮线路进行整合，这样有助于节约成本和简化线路。但是要注意该蜂鸣器报警装置要与紧急呼叫铃声分开来，以免影响他人。而且应该在每一床

都装设对应的蜂鸣器，这样可以提醒病人陪护人员自己更换药瓶或者是拔针。

555多谐振荡电路中的电阻可以换为可调电阻器，这样，医护人员可以根据正常输液时的漏斗液面高低来调节进而能更好的与单片机软件进行配合，

使单片机能避免误动作进而更准确的反应漏斗液位的变化。

对于临时病床可以考虑使用微波信号将555定时器的输出端接入单片机来进行检测，这就需要微波信号发送与接收装置，线路比较复杂这里就不在叙述。