摘 要

医院经常把输液作为高效的治疗手段，可是传统的输液过程中难免存在着输液速度不精确、需要人工监护、耗费人力资源的弊端。本课题的目标就是通过设计一种输液监控系统来解决此类问题。

本文设计的基于PID算法的自动输液监控系统设计，完善了对输液速率的检测与自动控制，也完善了对输液管液面高度的检测以及简单报警，且可以显示输液速率。病人们可以通过简单按键来初步设置输液速率，整个系统将可以对输液速率进行调控。除此之外系统还简单实现了多机器通信功能，即主控制和一个主从机之间的数据传输。当输液过程完全结束或输液中途速度发生异常变化时，那么，从站可使用发光二极管或蜂鸣器实现报警，并将这些报警信号通过串口传送至主控制站，然后主站通过软件的监控和蜂鸣器的方法实现声光报警功能。

系统是以8051单片机为核心，使用两块系统板组成了有线监控系统，主机实现了对从机的自动控制以及药液点滴速率的显示和药液点滴速率的计算机控制；从机则是通过外部电路检测输液管中药液的高度和药液点滴速率；通过从机来实现对步进电机的控制以实现对输液管高度的控制，来实现调控药液点滴速率。

在系统方案设计中，在确保设计系统可以达到的课题要求的精确度和稳定性的前提下，充分考虑了系统的实操性、方便性、可靠性，对电路控制系统进行了优化。

关键词：自动输液；PID；步进电机；单片机

Abstract

Infusion is often used as an efficient treatment in hospitals. However, in the traditional infusion process, there are inevitably some drawbacks, such as inaccurate infusion speed, need of manual monitoring, and consumption of human resources. The goal of this project is to design a transfusion monitoring system to solve such problems.

The design of automatic infusion monitoring system based on PID algorithm improves the detection and automatic control of infusion rate, the detection of liquid level height of infusion pipe and simple alarm, and can display infusion rate. Patients can set the infusion rate initially by simple buttons, and the whole system will be able to control the infusion rate. In addition, the system also realizes the function of multi-machine communication, that is, data transmission between master control and a master-slave computer. When the infusion process is complete or the infusion speed changes abnormally, the slave station can use light emitting diode or buzzer to realize the alarm, and transmit these alarm signals to the main control station through serial port. Then the master station can realize the sound and light alarm function through software monitoring and buzzer method.

The system is based on 8051 single-chip computer and consists of two system boards. The host computer realizes the automatic control of the slave computer, the display of the dropping rate of the liquid medicine and the computer control of the dropping rate of the liquid medicine; the slave computer detects the height of the liquid medicine and the dropping rate of the liquid medicine through the external circuit; the slave computer realizes the control of the stepping motor to realize the transfusion. The height of the liquid tube is controlled to realize the regulation of dropping rate.

In the design of the system scheme, on the premise of ensuring the accuracy and stability of the design system, the practicability, convenience and reliability of the system are fully considered, and the circuit control system is optimized.

Keywords liquid drop speed，photoelectric sensor;，Stepper Motor; single chip

目录

第1章 绪 论 1

1.1 选题背景 1

1.2 课题研究的意义目的 1

1.3 药物警示调控设备的实现手段 1

1.4 应用的药液调控内容手段综述 2

1.5 文章综述 2

第2章 输液监控系统的整体方案 4

2.1 系统方案论证与比较 4

2.2 调控手段的选择 4

2.3 点滴检测方案比较 4

2.4 速率控制设计 4

2.5 电机选择 5

2.6 整体系统设计框架 5

第3章 系统的硬件设计 7

3.1 系统的硬件设计 7

3.2 中央处理单元 8

3.3 点滴信号检测单元 8

3.4 检查电路的抗干扰手段 9

3.5 报警电路 10

3.6 步进电机驱动单元 11

3.7 键盘单元 11

3.8 数码管显示单元 12

3.9 主站芯片时钟电路 13

3.9.1 STC89C51主要功能、性能参数如下： 14

3.9.2 STC89C51单片机最小系统： 15

3.9.3 时钟电路 15

3.9.4 复位电路 16

3.9.5 STC89C51中断技术概述 16

3.10 实物演示图解 17

第4章 基于PID控制算法的低速监控系统的软件设计 19

4.1 PID控制算法软件部分关键点: 19

4.2 数字PID模块 19

4.2.1 PID算法的数字实现 19

4.2.2 应用数字PID 19

4.3 点滴速度测量模块设计 20

4.4 电机控制算法 21

4.5 点滴速率控制设计 22

4.6 报警模块设计 23

4.7 数字显示模块设计 23

第5章 总结与展望 25

5.1 总结 25

5.2 展望 25

5.3 心得体会 25

参考文献 27

致谢 28

附录 29

绪 论

选题背景

当前，国内外大规模以及中规模医院的临床静脉输液主要采用两种方式，第一种是传统的人工方式，它需要医院护士进行全方位的巡视监护，甚至需要家人的陪护，占用了大量人力资源；第二种方式是自动化输液泵，虽然解决了人力问题，却带来了昂贵的装置费用，而提高的输液成本最后只会堆加在患者的医疗费用上，所以它并不实用。在患者进行输液的过程中，经常因为病人体质较弱、晕眩、入睡或是护士正在忙碌等而无法留意到输液全过程，因而需要专人进行监护，这直接加大了医护人员的劳动成本和负担，且不利于病房的综合管理。当输液结束，如果处理的不及时，病人的血液可能会因空管而倒流回进行输液的输液针管内，时间长则会使扎针处发生肿胀。若处理过早，则会造成药液的严重浪费，使医院护理人员非常无奈。此选题就是对上述情况，通过声光报警监控来实现病人输液的实时监测和监护，并通过单片机以及数码显示管实现数据的存储和显示以及特殊情况下的报警。本选题对医院的改良有很大的推动作用。

课题研究的意义目的

在输液远程调控系统里，信号获取是药液速率调控系统的首要前提。输液信息检测和传输也是信号获取的进程之一，医疗护理人员检查和调控药液的剩余量以及速率，如透析过程中的药液量、临床输液泵的水位、儿童或者老人输液药液量。如果对输液泵或输液管中液体剩余量的监控有较大误差，在药液储备严重误差时或可能会给病人带来伤害甚至危害性命。通过药液的调控，护士就可随时掌握情况，药液用尽时可以及时补充，同时也可以保证医疗设施的安全运行。怎样对药液实时调控，是医护人员以及专家思索很多的问题之一。在麻醉学中，也曾应用静脉穿刺的手段把药物简单的通过静脉输入到目标部位，此类方法的被叫做静脉法。可是一直无真正可行的全自主调控设备，只能依赖护士，加医院运行成本。所有设计了基于PID算法的调控系统，实现实时调控输液管里的输液信息，主对从的药物情况进行上传和处理。药物量已经低过下峰值时、液体速率异常时，进行声光警报，警示护工火速处置。

此设备主要是达到药液控制、流速控制、和异常状态下的警示。从站则是达到药物常状态下的警示。因为不需要超远距离的信号传递，因此我采取247m无线通信。

药物警示调控设备的实现手段

①电路法，我们在药物存储装备的两段插入极性物质，通过液体的传导来检测储备液体的存在情况。众所周知，这是一种极其便宜的方法，缺点也是显而易见的大多数药液是不可以直接进行接触的从而导致他的使用范围很窄。