王若凝
湖南省怀化工业中等专业学校 湖南 怀化 418000
摘要：21世纪以来，电子信息技术的飞速发展为人类日常生活的诸多方面都带来了翻天覆地的变化。结合微型控制技术的医院医疗设备更是走上了更加智能化的道路。传统采用人工控制方式去操作医疗器械不仅占用较多人力资源，而且可靠性低，逐步被淘汰。依靠医护人员凭借对患者病情的了解设定点滴速度的输液方式已经变得不方便、不可靠，因此有必要研究设计廉价实用的医疗输液点滴速度检测装置以满足更多的医疗需求。
本文设计的红外点滴检测系统以AT89S52单片机为控制核心，键盘和红外对射管构成输入设备，液晶显示器、发光二极管以及蜂鸣器构成输出设备。由传感器检测点滴信息变化并通过LCD1602进行显示；采用独立式按键设置点滴速度安全范围；当点滴速度不满足设定范围时，由发光二极管和蜂鸣器实现声光报警。软硬件调试结束以后，整个系统运行正常，基本实现既定功能。
关键词：单片机；红外对射传感器；点滴速度；LCD1206
引言
一、系统研究背景及意义
在现代临床医学中，为病人进行静脉输液是医院进行医疗救治的一项重要手段，是输送人体所必需营养物质如葡萄糖等体液的主要方法。众所周知，根据病患疾病严重程度以及身体实际情况以安排合理的输液点滴速度对于稳定病人康复起着十分重要的作用。很多时候，因病昏迷患者或者术后未苏醒患者，他们很容易因肢体机械反应引起扎针处发生鼓针，或者有其他外力因素导致输液快慢难以控制。鉴于上述情况，为防止此类医疗事故发生，医院通常会安排护士在病人输液期间进行全面监护。但是护理人员长时间工作状态下难免发生疲惫松懈，很难第一时间发现病人输液异样，况且就液体点滴速度来说，通过人眼观察计算的方法可靠性较低。针对上述现实情况，研究并设计一种精确检测液体点滴速度的输液控制系统具有很强的实用价值和经济意义。现今医疗器械逐步走上更加人性化、智能化的道路，势必为人们的生活带来翻天覆地的变化。
1.国内外研究现状
对于智能输液装置的研究最早可追溯到上世纪八十年代，随着患者对于输液需要的增加，传统输液器材可控性低这一缺陷逐渐暴露出来，美国、德国等欧美发达国家在输液器材改造上进行卓有成效的研究，并在上世纪末率先研制出实用的智能医疗输液系统。现今国外很多医院的床位上都配备了功能丰富的输液控制器——输液泵。其不仅可准确控制和显示输液速度，而且当有气泡混入、输液堵塞等情况发生，或者输液完成时，系统自动进行声光报警以提醒病人和护理人员。我国在智能输液装置方面的研究起步较晚，目前由于价格昂贵等因素，仅在部分大型医院安装此类设备，而且其中国外产品占有很大比重，比如日本JMS株式会社的OT-601型输液泵，它的控制精度可达10%。虽然国内对于输液泵研究时间较短，但此类产品发展速度较快，市场上也不乏国内知名的输液泵生产厂家，如北京鑫禾丰医疗技术有限公司生产的LP系列输液泵等等。
2.本文研究的主要内容
随着单片机技术、集成电路技术和检测技术的迅速发展，小型测控装置日益影响并改变着人们的日常生活。本文研究并探讨了一种基于单片机的红外点滴测速系统。以51单片机AT89S52为主控核心；采用对射式红外传感器检测液体点滴状态，单片机进行数据处理，计算点滴速度并通过LCD1602进行显示；系统具有独立按键，可手动设置点滴速度的上下限范围；当点滴速度超出设定限度后，蜂鸣器响应报警。
二、方案设计与论证
1.液体点滴速度检测
采用红外传感器检测液体点滴速度，功能实现简单，可靠性较高。下面主要分析了两种检测方案：
方案一：利用光透射原理。在盛药容器下方的液滴观测壶两侧固定一对红外对射管组成红外传感器实现液体点滴检测，经A/D转换，将脉冲信号输入单片机，由其进一步计算处理。具体检测原理为：无液滴落下时，光源发射端与接收端受滴壶影响较小，传感器输出一个低电压信号；有液滴落下时，红外对射管发出红外线透过液滴，检测电路输出一个高电压信号。单片机接收高、低电平脉冲信号，由内部计数器统计计算点滴数。红外对射管检测液滴点滴数原理框图如图2-1所示。
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图2-1光透射液体点滴检测电路原理框图
方案二：利用光的反射原理。在液滴观测壶距离顶端1/3处固定红外光电传感器，当有液滴滴下时，由接收端接收红外发光二极管发出并被反射的红外光。无液滴落下时，被反射的红外光信号较弱。由检测到信号的强弱产生脉冲信号，经放大比较电路处理后输入单片机进行进一步的运算处理，最终得出液滴落下的速度。其电路原理框图如图2-2所示。
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图2-2光反射液体点滴检测电路原理框图
分析比较上述方案特点：方案二从光的反射原理考虑以检测点滴。虽然想法具有一定的可行性，但是因为滴液壶为塑料材质，使部分红外光被反射，真正由于液滴而反射到接收端的信号很弱，存在较大检测误差；方案一借鉴光的透射原理，充分利用透射信号以实现点滴速度检测。一方面透射式的电路设计相比于反射电路较为简单，成本较低。另一方面，透射信号相比于反射信号更强，检测误差较小。综合分析上述两种方案，决定采用方案一。
2.显示方案
显示单元主要完成点滴实时速度和点滴速度范围设置界面显示。
方案一：采用液晶显示屏LCD。LCD具有体积小、功耗低、显示效果好、抗干扰性强等特点，不仅可以显示数字、字母、特殊符号等字符，还能显示汉字、图形等画面。通过软件编程的方式实现LCD内容显示，编程工作量大。
方案二：采用数码管。三位七段数码管能够保持长时间工作而消耗较少能源，其可适应较恶劣环境下的数字显示。并且通过BCD编码的方式控制点亮每一段LED，程序编译简单。
综合分析比较上述两种方案，采用液晶显示屏LCD显示内容丰富，本系统从人性化角度出发，决定采用方案一。
3.按键方案
设置按键可方便切换显示屏显示界面，也可对点滴速度报警范围进行设置。
方案一：采用矩阵式按键电路。其特别适用于键盘数量较多情况下的电路设计，凭借矩阵式的行列扫描方式，系统响应快，而且单片机I/O口占用少。然而矩阵键盘的电路结构较为复杂，编程难度加大。
方案二：采用独立式按键电路。其特点是对于每一个按键都直接占用单片机的一个I/O口，各端口之间的工作状态互不影响。但是在按键数量较多时，会占用大量单片机端口，系统的功能扩展受限。
综合比较上述两种方案，本系统共设置5个按键，按键数量较少，因此采用方案二。
4.方案确立
经认真研究对比分析，基于系统设计合理化、完备化、功能容易实现、控制成本等方面考虑，最终确定系统各功能模块的选型方案：
（1）主控模块采用AT89S52单片机；
（2）采用红外对管透射接收方式实现液滴落下速度测量；
（3）通过LCD1602液晶显示点滴速度信息；
（4）按键采用独立式键盘。
参考文献
[1]李刚民，曹巧媛.单片机原理及使用技术[M].北京：高等教育出版社，2005.
[2]宋雪丽，王虎林，万金零.基于单片机系统的液体点滴速度监控装置设计[J].电脑开发与应用，2007，(5):43-44.
[3]张培仁.基于汇编语言编程 MCS-51 单片机原理与应用[M].北京:清华大学出版社，2003.
[4]杨晓.用单片机实现的液体点滴速度监控装置[J].电子世界，2004，（2）：32-33.
[5]陈淑芳.基于51单片机的教学实验系统的设计与开发[D].中国海洋大学,2011.