目前輸液監控普遍采用人工控制方式，為解決醫用輸液監控存在低效、不人性化的缺點，文中設計了一種基于藍牙的智能輸液監控系統。
系統包括智能輸液監控器（硬件）和遠程無線監控平臺（軟件）兩部分，以STC89C52單片機為控制核心，采用紅外傳感器對液滴進行檢測，利用步進電機結合調速閥實現液滴滴速的調節。
利用無線藍牙技術進行數據傳輸，實現自動或遠程操作輸液過程的速度控制和自動切斷，以及對多臺輸液監控器裝置的監控與預警管理。
該設計很好地響應了智慧醫療，對提高醫療服務系統高效運行具有較好的參考價值。

　　關鍵詞：智能輸液；監控平臺；藍牙技術；智慧醫療
　　中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）10-0-04
　　0 引 言
　　物聯網技術開啟了萬物互聯的時代，并且隨著智慧城市建設的加速推進及物聯網技術對各行業的逐步滲透，“智慧+”概念應運而生，諸如智慧能源、智慧交通、智慧醫療等“遍地開花”，可以說，物聯網技術給各行業帶來了產業模式上的“新革命”。
智慧醫療作為智慧城市的重要組成部分，更受到重要影響。
作為醫療系統中平常卻至關重要的一環，輸液系統的智能化程度還不夠高，如今大多數醫院靜脈輸液控制主要采用人工方式，由病房端發出警報信號，人工監控藥液的輸入情況，這種人為監控模式很有可能因為患者的疏忽造成醫療事故，存在安全隱患[1，2]。

　　本文設計了一種基于藍牙通信的智能輸液監控系統，采用紅外檢測、單片機、步進電機和藍牙技術實現對輸液滴速的控制、顯示、自動關斷以及聲光報警，并通過連接上位機實現遠程監控。
監控人員通過上位機在監控室內就可以實現對多個病房的輸液控制，大大節省人力，減輕了醫護人員的工作壓力。
此外，本系統還具有短信提醒功能，且整體安裝方便、監控精準、成本低廉。

　　1 總體系統設計
　　系統結構如圖1所示，主要包括智能輸液監控部分和無線網絡通信模塊。
其中智能輸液監控部分采用STC89C52型單片機，最小系統為控制器，附以液滴滴速信號采集、按鍵輸入、顯示輸出、控制器件輸出和無線通信電路[3，4]。

　　設計出一種能夠控制輸液速度的控速閥，配合步進電機實現輸液速度控制，通過紅外檢測系統以及人機交互模塊形成下位機[5]。

　　系統采用CC2541低功率藍牙模塊4.0、GSM模塊實現與上位機的通信傳輸功能。
系統實物具有一體化便攜等特點。

　　系統利用紅外傳感模塊實時采集液滴滴速，反饋到控制器由控制器程序進行計算，并與預設的數值進行比較，從而由控制器發出相應的命令，指揮相應的硬件單元做出相應的動作，同時控制器也將采集所得的數據上傳到遠程無線監控平臺，在上位機進行顯示監控，同時給護士手機發送信息，進行更換藥液的操作，實現無線組網運行。

　　2 硬件設計
　　2.1 硬件組成整體框圖
　　根據輸液檢測控制器的功能要求，設計了圖2所示的系統硬件框圖。

　　輸液檢測部分采用STC89C52作為微處理器，蜂鳴器和二極管用于聲光報警，LCD1602顯示屏作為硬件顯示模塊，GSM模塊作為通信模塊，通過按鍵進行信號的輸入，用DM542驅動器驅動步進電機作為液滴控速器。

　　2.2 滴速檢測模塊
　　液滴速度的檢測廣東深圳專業糞便分析儀產品設計公司醫療電子：從治病向保健延伸，便攜產品領風騷采用紅外傳感器。
紅外對管傳感器由紅外發射管和受光管組成，主要功能是實現電―紅外線―電的轉換。
由于紅外光波長比可見光長，受環境中的可見光影響較小，其紅外系統具有尺寸小、重量輕、安裝便捷等優點。
因此可作為檢測液滴滴速的首選傳感器。

　　液滴檢測采用紅外對管發射接收，對環境光線適應能力強，測量誤差小于±2滴。
其具有一對紅外線發射與接收管，發射管發射出一定頻率的紅外線，當檢測方向遇到障礙物（反射面）時，紅外線反射回來被接收管接收，經過比較器電路處理，綠色指示燈會亮起，同時信號輸出接口輸出數字低電平信號[6]。
低電平信號由單片機中斷收集。
計數檢測電路如圖3所示。
可通過電位器旋鈕調節檢測距離，根據接收到的光強強弱判斷是否有液滴滴下[7]。
檢測電路如圖4所示。

　　在液滴落下時會阻擋接收管接收紅外線，模塊便產生一組脈沖。
當微處理器檢測到中斷口由1到0的邏輯跳變時，表明有一滴液體滴下。

　　每5 s刷新一次，采集5 s內的液滴滴數，得到速度，剩余時間通過總體積計算。

　　設液滴總滴數為廣東深圳專業醫用產品造型工業產品設計3D走入醫療M，計時器每5 s刷新一次，在5 s內記錄的液滴滴數為N，則在這5 s內的平均速度=N/5。
在液滴開始滴落時，記錄該次測量之前的液滴總滴數P和刷新次數f。
經過多次測量以及實驗，標定液滴的體積約為1/21 mL，顯示剩余時間為：
　　2.3 液滴控速模塊
　　控速是以擠壓輸液管控制液滴速度為依據，采用橢圓形樹脂片，與電機輸出軸同軸嵌套。
電機旋轉角度不同，樹脂片對輸液管的擠壓程度不同，從而使得液滴滴速亦不同。

　　其中樹脂片為橢圓形，且模型擠壓側布有均勻的凹凸齒，可增大動摩擦因數，減少兩者之間的相對運動，使得電機轉過的角度與橢圓形模型轉過的角度相等。

　　輸液管也被固定在執行單元，即固定于圖5所示的“凸”字形模型中，模型內壁對輸液管的支撐使得橢圓形模型能夠按一定角度?D壓到輸液管，不隨橢圓形模型的轉動而移動，其機械結構如圖5所示。

　　由工作原理可知，液滴滴速與橢圓形模型的旋轉角度，即電機的旋轉角度成一定關系，但在調節過程中，由于橡膠粘度與液滴粘度，以及橢圓形模型的彈性模量等因素均為非線性控制量，且移動距離、移動阻力、對輸液管的壓力等參數也難以計算，只可通過對多個角度采樣得到相應的液滴滴速來分析兩者之間的關系。

　　因此，液滴滴速調節范圍被設置為4個檔位。
據了解，不同的年齡、疾病、病程和藥物，以及病人個體差異和靜脈狀況對靜脈輸液的適宜速度有著不同的要求。
　　但由于影響因素過多，因此只從年齡因素入手，忽略特殊體質患者，設置四個檔位，分別是青年檔、中年檔、老年檔以及復位檔，檔位可以手動調節，從上位機實現遠程控制。
具體檔位參數見表1所列。

　　2.4 人機接口模塊
　　調節液滴滴速的方法主要有兩種：上位機調節和手動調節。
手動調速是通過對按鈕動作，形成信號，輸入控制器得以執行。
按鈕面板一共設置了8個按鈕，其功能見表2所列。

　　液滴的滴速也可以通過上位機遠程控制。
護士可以在上位機界面直接修改速度、毫升量等參數，這些被修改的數據信息將會作為命令通過藍牙傳送至下位機，下位機再根據此命令解釋成相應時序信號直接控制電機設備。

　　此外，當傳感器檢測到液滴滴速為零時，電機會控制橢圓形齒輪壓緊輸液管使其關斷，以避免輸液完畢，病人、護士均未發現導致血液回流的危險狀況發生。

　　2.5 下位機顯示模塊
　　本系統采用LCD1602顯示屏對輸液系統的滴速以及剩余時間進行實時顯示[8]。
其與單片機的硬件連接如圖6所示。

　　LCD1602的并行數據接口與單片機的P0口相連，進行并行數據傳輸，單片機的P1.2廣東深圳專業醫用設備器材工業產品設計過度醫療之憂口作為使能端口，P1.0作為命令/數據選擇引腳，P1.1作為讀/寫選擇引腳。

　　顯示模塊可實現如下功能：
　?。?）對患者靜脈輸液過程中點滴滴速進行檢測并通過LCD1602顯示屏顯示；
　?。?）通過單片機計算點滴滴速及點滴剩余時間，通過LCD1602顯示屏顯示；
　?。?）通過單片機計算，在點滴即將結束時發出點滴結束提醒信號；
　?。?）利用無線傳感器網絡穩定傳輸患者的地址、點滴結束提醒、患者當前點滴滴速、點滴剩余時間等信號至監控平臺。

　　2.6 通信傳輸模塊
　　?{牙部分利用一對藍牙進行主從通訊，一個藍牙設備以主模式發起呼叫時，藍牙主端設備發起呼叫，查找周圍處于可被查找的藍牙設備。
主端設備找到從端藍牙設備后，與從端藍牙設備進行配對，配對完成后，從端藍牙設備會記錄主端設備的信息。
已配對的設備，作為從端的藍牙耳機也可以發起建鏈請求，但作為數據通訊的藍牙模塊一般不發起呼叫。
鏈路建立成功后，主從兩端之間即可進行雙向數據通信[9]。

　　在通廣東深圳專業醫用器材結構工業產品設計特色醫療信狀態下，從端藍牙設備將下位機檢測的滴速、5 s內液滴數以及剩余時間發送至上位機，主端藍牙設備可發送調速信號，控制步進電機調速結構，將轉速控制在限定范圍內。

　　3 軟件設計
　　軟件包括控制器軟件及上位機監控軟件。
控制器軟件設計基于STC89C52主控芯片的單片機控制系統，實現對各項按鍵命令的讀取、LCD1602顯示屏的顯示，進行實時數據的檢測以及步進電機控制、通信模塊的傳輸等各項功能，上位機主廣東深圳專業醫用設備器械外觀工業產品設計我國醫療損害賠償探析要實現在遠程監控室內顯示屏實時顯示輸液器液滴滴速和輸液剩余時間、控制滴速廣東深圳專業醫療產品設備工業產品設計老齡化背景下適用于老年人的智能化醫療產品的設計及根據液滴滴速及時報警的功能。

　　3.1 控制器軟件
　　控制器軟件的設計是在完成硬件調試的基礎上，采用C語言在Keil5的開發平臺上進行程序的編寫調試。
程序主要由鍵盤輸入模塊、顯示模塊、機械控制模塊、通信短信模塊以及檢測判斷模塊構成。

　　通過控制，智能輸液器可以在輸液過程中遠程對輸液情況進行實時監測，包括輸液狀態和輸液進度等參量的管控以及緊急狀態下的輸液終止操作等[10]，并實時與遠程監控平臺通信，實現無線組網控制功能。
其流程如圖7所示。

　　3.2 上位機軟件功能及流程
　　上位機程序主要包括應用界面，串口通信與數據處理、發送，報警系統等主要模塊。

　　護士在護士站可以通過上位機程序對患者輸液情況進行實時監控，了解輸液剩余時間和實時滴速。
還可以根據患者的不同情廣東深圳專業醫療儀器設備外觀工業產品設計中國式醫療況通過上位機對輸液器液滴滴速進行調整。

　　上位機可實時顯示輸液器液滴滴速和輸液剩余時間、控制滴速，并根據液滴滴速及時報警。

　　上位機軟件流程如圖8所示。

　　輸液監測是上位機程序的核心部分。
通過實時監測實現護士對患者輸液情況的把控，保證了患者的輸液安全。
輸液監測包括顯示剩余時間，顯示速度，調控速度和報警信息。
剩余時間是通過模擬實驗求平均值后計算液滴總數與當前滴速積分之差得到的數值[11]。

　　調速功能可以直接通過上位機發出信號影響下位機進而控制滴速，此功能可以預防突發情況，第一時間保護患者安全。
在特定情況下，報警模塊通過速度數據來實現報警功能，即指示燈變紅并發出警報聲。

　　3.3 上位機界面設計
　　上位機軟件采用Qt――跨平臺C++圖形用戶界面應用程序開發框架搭配Qt Creator進行開發，Qt中信號和槽的機制滿足需求，較MFC更簡單，高效。
其次利用Qt可視化的UI設計使得應用界面更簡潔，實用。
上位機程序系統結構框圖如圖9所示。

　　3.4 上位機結果顯示
　　上位機界面如圖10所示。
可正常顯示剩余時間、當前滴速、速度檔位、報警燈以及數據發送窗口。

　　4 結 語
　　在物聯網技術飛速發展的時代，智慧醫療的理念逐漸深入人心。
本文通過系統化設計實現了對于輸液的智能監控，測試結果表明，使用該系統后液滴滴速精度更高、響應速度更快、功能更人性化和便捷化。
此系統作為物聯網技術應用于醫療領域的典型例證，具有廣闊的市場前景和應用推廣價值。

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