基于单片机控制的医用输液泵的研究.docVIP

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1绪论

1.1引言

随着科技的发展，可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。还有一类计算机，就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如医疗保健、智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”。尤其现代医疗领域对静脉输液流速和护理的要求流速越来越高。

静脉输液是一种最常用的临床治疗方法，是护理专业的一项常用给药治疗技术。临床上应根据药物和患者情况不同配以适当的输液速度。输液过快，可能会导致中毒，更严重时会导致水肿和心力衰竭;输液过慢则可能发生药量不够或无谓地延长输液时间，使治疗受影响并给患者和护理工作增加不必要的负担。常规临床输液，普遍采用挂瓶输液，并用眼睛观察，依靠手动夹子来控制药滴速度，不易精确控制输液速度，而且工作量大。

癌症病人的化疗和病危病人的抢救治疗需要使药物以恒定的速度灌注，通过调节输入的速度和时间将化疗药物均匀持续地注入，既达到化疗的最佳效果，又能最大限度地降低化疗药物的副作用。

糖尿病人遭受病痛的折磨，需要以一定的速度给他们注射一定量的胰岛素。以往的做法基本上是一次注射较大剂量的胰岛素，这不仅造成巨大的浪费，而且药效作用时间也较短，因此极需一种流量和流速能控的持续输送装置，来输送少量的药物并精确控制其输送速度和流量。

对老人、儿童和体质较弱者输送某些特殊药物，如麻醉药、降压药硝普纳、TPN(三磷酸吡啶核苷酸)等时，输液速度和用药量尤其需要认真精确控制，否则会产生严重的后果。

血液非常容易凝固，输血时很容易阻塞输液管。要保证血流速度大于某一值，才能顺利输血。另外，不管是输液还是输血，普通输液器对输液完毕和输液过程中偶然出现的故障，如气泡、阻塞等都不能自动报警，也不能及时切断输液通路，从而产生不良后果。应该及时处理，以避免血液倒流或其他后果。因此需要用智能型输液泵来控制药液的输送，并进行异常报警。

1.2输液泵在临床医疗应用的现状

输液泵是指机械或电子的控制装置，它通过作用于输液导管达到控制输液速度的目的。常用于需要严格控制输液量和药量的情况，如在应用升压药物，抗心律失常药药物，婴幼儿静脉输液或静脉麻醉时。

随着人们生活的提高，对健康的重视，医院的医疗水平、设备的档次越来越受到人们的挑剔。早在几年前，国外每个病床都配备了输液泵，而我国只是在一些大医院才能用上输液泵，且均为进口品牌，价格在二万元左右，比较昂贵，使一些中小医院望尘莫及。为了使普通病人的静脉输液也能自动得到监视和报警保证液滴的精确性、安全性，并且便于集中管理，特设计了一种低价位、高性能的智能医用输液泵。目前护理界正实施一种全新的护理理念--“将护士从繁重的护理工作中解脱出来，将时间留给病人”，意思是指用信息化建设来减轻护理人员的工作量，让护理人员有更多的时间同病人沟通，从而更好地改善医患关系，减少医患矛盾。在不久的将来，随着护理信息化建设的广泛推广，医用输液泵的使用也必将得到普遍的应用。

1.3智能型输液泵的功能

智能型医用输液泵可满足多种功能的需求，归纳起来，输液泵能实现以下功能:

可精确测量和控制输液速度;

可精确测定和控制输液量;

液流线性度好，不产生脉动;

能对气泡、空液、漏液、心率异常和输液管阻塞等异常情况进行报警，并自动切断输液通路;

实现智能控制输液。

2总体方案

2.1总体框图

本系统结构就是采用微机系统、泵装置、检测装置、报警装置和输入及显示装置控制，控制药液输送并进行异常报警的设计。在详细的了解了设计要求后，通过资料的查阅，对各部分功能的掌握以及以往输液器成品的了解，在反复比较和计算的前提下，建立了总体方案的框图，如下图2.1。

单片机

步进电机

气泡

报警

滴速

按键

启停

显示

蠕动块

堵塞、微动开关

图2.1总体方案框图

总体上确立了以单片机芯片为核心的框架，通过按键启停和过程中的调速命令传达给单片机从而控制步进电机的启停，进而控制蠕动块而使液体流速的改变。显示部分采用数码管显示方式，可以显示滴速等信息。输液过程中，当导管中有气泡或者堵塞时，经过传感装置把信息传达给单片机，进而步进电机速度停止，此时，输液过程中止、报警器报警，之后通过按键使输液过程进入正常状态。

3硬件系统的设计

3.1单片机的选用

总体设计的硬件核心--单片机。实际中，MCS-51系列单片机价格低廉，派生产品数量众多，便于开发，在一般领域，其性能能满足大部分的