技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种输液装置及其告警 系统。
背景技术
点滴注射器是现代医院中很常见的医疗器具，现有的医用点滴一 般由吊瓶，输液器，输液管和手动调节器组成。输液器一头插于吊瓶 中，另一头连接输液管，调节器用来控制流速。现在用于点滴输液的 设备通常只能采用人工监测液位的办法，很多情况下病人需要多瓶吊 水，目前的手段是在即将结束时由医护人员手动更换吊瓶，但这需要 病患本人或其家人观察吊瓶是否将用尽，然后通知医护人员前来更 换。其缺点是人力资源占用量大，效率低。而一些采用声、光原理来 检测点滴输液液位的装置，在实际应用中节能效果差、控制效果差、 抗干扰能力差、容易误报警，而且有时繁忙时医护监控中心人员根本 顾不过来，从而可能导致医疗事故的发生。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种输液装置及其告警系 统，该输液装置及其告警系统通过ISM射频发射单元B、ISM射频接 收单元B和GPRS/GSM集成单元B传输液位信息给相关医务工作者， 解决了传统告警系统控制效果差、抗干扰能力差、容易误报警而可能 导致医疗事故的发生的问题。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种输液装置，包括点滴移动架、电机、储液瓶、 滴斗、滴速夹、受液瓶、绳；所述绳的一端与电机的动力输出端连接， 另一端通过安装在悬挂支架上的滑轮与储液瓶的顶部连接；所述储液 瓶、滴斗和受液瓶之间依次管道连接，所述滴斗和受液瓶之间的管道 上还设置有滴速夹。
一种输液装置的告警系统，所述告警系统包括主模块A和从模块 B，主模块A包括电源节能单元A、电源电路单元A、MCU单元A、ISM 射频接收单元A、按键单元A、液晶显示单元A和报警单元A；MCU 单元A由电源节能单元A通过电源电路单元A供电，ISM射频接收单元 A和按键单元A的信号输出端分别与MCU单元A的信号输入端连接， MCU单元A的信号输出端分别与液晶显示单元A和报警单元A的信号 输入端连接。
从模块B包括电源节能单元B、电源电路单元B、GPRS/GSM集成 单元B、信号接收与输入单元B、按键单元B、点滴速度控制单元B、 ISM射频发射单元B、电机驱动单元B、点滴速度传感器B、储液瓶液 位传感器B、MCU单元B；MCU单元B由电源节能单元B通过电源电 路单元B供电，信号接收与输入单元B、按键单元B、点滴速度传感器 B和储液瓶液位传感器的信号输出端分别与MCU单元B的信号输入端 连接，MCU单元B的信号输出端分别与点滴速度控制单元B、ISM射 频发射单元B、电机驱动单元B和GPRS/GSM集成单元B的信号输入端 连接。
还包括充电器B、充电端口B、充电电池B和充电管理单元B，充 电器B的输出端依次与充电端口B、充电电池B连接后通过充电管理单 元B与电源节能单元B的输入端连接。
还包括显示单元B，显示单元B的信号输入端与MCU单元B的信 号输出端连接。
还包括传感器信号调理单元B，传感器信号调理单元B的信号输 入端与储液瓶液位传感器B的信号输出端连接，信号输出端与MCU单 元B的信号输入端连接。
所述储液瓶液位传感器B为超声波脉冲回波检测液位传感器。
所述的MCU单元B的主芯片采用STC12LE5A32S2低功耗单片 机。
所述的MCU单元A的主芯片为STC11L04E单片机。
ISM射频发射单元B和ISM射频接收单元A均为si4432无线模块。
本发明的有益效果在于：提供一种节能医用点滴输液自动控制装 置，具体涉及基于单片机的节能医用点滴输液自动控制装置，也就是 在静脉点滴输液时，通过点滴速度传感器B、储液瓶液位传感器B监 测输液管内的液位状态、点滴输液速度，并在输液发生异常和输液结 束时发出报警信号并呼叫相关医务工作者，人力资源占用量小，效率 高；在实际应用中抗干扰能力强，从而避免医疗事故的发生。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明告警系统的主模块A的原理框图；
图3是本发明告警系统的从模块B的原理框图；
图4是本发明告警系统的主模块A的电路图；
图5是本发明告警系统的从模块B的电路图；
图6是本发明中从模块B的充电管理单元的电路图；
图7是本发明中从模块B充电管理单元的电压转换部分的电路图；
图8是本发明中从模块B的射频信号接收单元的电路图；
图9是本发明告警系统从模块B中的传感器信号调理单元的超声 波发射电路图；
图10是本发明告警系统从模块B中的传感器信号调理单元的超声 波接收电路图；
图11是本发明告警系统中从模块B中的电机驱动单元的电路图；
图12是本发明告警系统中从模块B中的电源电路单元电路图；
图13是本发明告警系统中从模块B中的ISM射频无线发射单元和 GPRS/GSM模块集成单元子程序框图；
图14是本发明告警系统中从模块B中的点滴速度控制单元结构程 图；
图15是本发明告警系统中从模块B中的点滴速度反馈原理框图；
图16是本发明告警系统中从模块B中的点滴速度测量流程图；
图17是本发明告警系统中从主模块A中报警子程序流程图；
图中：1-点滴移动架，11-悬挂支架，12-滑轮，2-电机，3-储液瓶， 4-滴斗，5-滴速夹，6-受液瓶，7-绳。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限 于所述。
如图1所示的一种输液装置，包括点滴移动架1、电机2、储液瓶3、 滴斗4、滴速夹5、受液瓶6、绳7；所述绳7的一端与电机2的动力输出 端连接，另一端通过安装在悬挂支架11上的滑轮12与储液瓶3的顶部 连接；所述储液瓶3、滴斗4和受液瓶6之间依次管道连接，所述滴斗4 和受液瓶6之间的管道上还设置有滴速夹5。
如图2～17所示的输液装置的告警系统，所述告警系统包括主模块 A和从模块B，主模块A包括电源节能单元A、电源电路单元A、MCU 单元A、ISM射频接收单元A、按键单元A、液晶显示单元A和报警单 元A；MCU单元A由电源节能单元A通过电源电路单元A供电，ISM射 频接收单元A和按键单元A的信号输出端分别与MCU单元A的信号输 入端连接，MCU单元A的信号输出端分别与液晶显示单元A和报警单 元A的信号输入端连接。
从模块B包括电源节能单元B、电源电路单元B、GPRS/GSM集成 单元B、信号接收与输入单元B、按键单元B、点滴速度控制单元B、 ISM射频发射单元B、电机驱动单元B、点滴速度传感器B、储液瓶液 位传感器B、MCU单元B；MCU单元B由电源节能单元B通过电源电 路单元B供电，信号接收与输入单元B、按键单元B、点滴速度传感器 B和储液瓶液位传感器的信号输出端分别与MCU单元B的信号输入端 连接，MCU单元B的信号输出端分别与点滴速度控制单元B、ISM射 频发射单元B、电机驱动单元B和GPRS/GSM集成单元B的信号输入端 连接。通过使储液瓶3上升或下降改变地面到受液瓶6之间的高度h2， 从而调节点滴速度，当点滴速度控制单元B监测到点滴速度通过改变 高度h2仍未达到要求时，则通过控制滴速夹5的偏心轮移动来压紧或 放松输液软管，完成输液速度的控制。
还包括充电器B、充电端口B、充电电池B和充电管理单元B，充 电器B的输出端依次与充电端口B、充电电池B连接后通过充电管理单 元B与电源节能单元B的输入端连接。
还包括显示单元B，显示单元B的信号输入端与MCU单元B的信 号输出端连接。
还包括传感器信号调理单元B，传感器信号调理单元B的信号输 入端与储液瓶液位传感器B的信号输出端连接，信号输出端与MCU单 元B的信号输入端连接。
所述储液瓶液位传感器B为超声波脉冲回波检测液位传感器；测 量储液瓶的液位高度h1。
所述的MCU单元B的主芯片采用STC12LE5A32S2低功耗单片 机。
所述的MCU单元A的主芯片为STC11L04E单片机。
ISM射频发射单元B和ISM射频接收单元A均为si4432无线模块。
本发明在实际使用过程中，当按下按键单元B的信令启动按键， 则系统将采集的当前点滴液位信息和点滴速度信息经由MCU单元B 处理后，通过ISM射频发射单元B一直间歇的向主模块A发送现场检测 信息，并将采集的当前信息通过GSM/GPRS发送到设定的医护人员手 机告警号码和互联网监控中心，让医护人员实时得知点滴储液瓶中液 体的当前位置，主模块A的ISM射频收发单元A采取被动接收信息的 方式，具有节能、接收无线信令和网络通信的特点。
传感器信号调理电路与所述的储液瓶液位传感器连接，其将所述 的测量点滴速度的传感信号送到从模块B的MCU单元B中，从模块B 的MCU单元B连接GSM/GPRS集成电路和ISM射频发射单元B，当输 液装置出现漏滴、滴完或故障现象时，由两者结合将现场信息发送到 监控中心和责任护理人员的手机上。
传感器信号调理单元的超声波发射电路所要完成的功能是接收 单片机的控制信号，根据该控制信号产生频率为40KHz的方波信号， 经过放大后传送给超声波发射探头发射超声波。
单片机P1.0输出1us的单脉冲信号，该信号用于控制双向可控 硅2N6349A的导通/关闭。可控硅通常处于关闭状态，在单片机未发 射触发脉冲之前，电容C7的两端充有较高直流电。当触发脉冲到来 的瞬间，SCR1首先导通，脉冲信号经过C4触发SCR2，使得SCR2 导通。导通的一瞬间使得电容C7的一端被拉为低电平，由于电容两 端的电压不能突变，所以电容C7两端有了较高的电压差，电容C7 通过二极管Dl、D2，R13、R12和超声波探头开始放电，由于超声波 探头的阻抗远远大于电阻R12、R13，所以电阻R12、R13两端的电 压就加到超声波探头的两端，加到超声波探头两端的电压波形是电压 较高的一个负脉冲，从而激励压电晶片振动，使之发射超声波。发射 触发脉冲结束后，SCR1的G、K接地，不满足导通条件，最先关闭。 SCR2的电路中，C6通过R10、R11放电，由于C6是耐高压低电容， 所以在瞬间放电完成后SCR2关闭。可控硅又处于关闭状态，等待下 一次的触发脉冲到来。
传感器信号调理单元的超声波接收电路是采用NJM4580运算放 大器对信号进行放大。超声波接收探头将超声波转换为电信号，由运 算放大器A1进行放大，A1输出信号经VD1和VD2、C1检波与平滑， 再通过VT1放大到TTL电平作为输出信号U0，若检测到超声波信号， 则输出U0为低电平。
电源电路单元为整个系统提供电压，为了使电路中5V输出电源 的纹波较小，因而在经过ZA3020转换后的电压输出端采用了一个 22uF和0.1uF的电容，另外芯片的电源输入端也放置了一个10uF和和 0.1uF的滤波电容，从而有效减小输入端受到的干扰，使信号稳定可 靠的输入，并可实现两种供电方式：一种是使用锂电池充电电池带充 电电路和节能电路，可以满足供电要求，而且供电稳定，另一种是使 用满足量程的直流稳压电源直接供电。
电机驱动单元，电机驱动需要的电流和电压相对比较大，故采用 全桥驱动电路，当Q5的基极电压为高电平，Q8的基极电压为低电平 时，Q1和Q3管导通，Q2和Q4管截止，此时电机发生正传，从而所述 的电动机2输出端通过传动装置经由滑轮12连接储液瓶3，通过使储液 瓶3上升改变地面到受液瓶6之间h2的高度，从而调节点滴速度提高， 当点滴速度监测单元监测到速度通过此一种方案仍未达到要求时，则 将地面到受液瓶6之间h2的高度锁定后，使Q6的基极电压为高电平， Q7的基极电压为低电平时，Q4和Q2管导通，Q1和Q3管截止，此时发 生电机反正，同时利用所述的电动机2通过反转方式，带动滴速夹5 的偏心轮移动来放松输液软管，完成输液速度提高的进一步控制，反 之操作将完成输液速度减慢控制。
从模块B中，由按键单元B的按键检测功能输入信号，并将相应 信号送给中MCU单元B。电源节能单元B主要通过MCU单元B传输的 脉冲信号来控制电压输出的通断，进而通过ISM射频信号发射单元B 发送无线信号,ISM射频信号发射单元B是以Si4432射频芯片为核心 进行设计的。
从模块B进行系统初始化，ISM射频Si4432无线发送启动信令， ISM射频无线发射单元把接收机地址和要发送数据按时序送入Si4432 无线发射单元，配置相应寄存器，单片机把P33脚置高，通过检测按 键按下启动Si4432无线发射单元进入相应信号发射模式(其发射过程 为给射频前端供电，射频数据打包，高速发射数据包)，发送周期联 络信号到主模块之后，Si4432无线发送单元进入节能休眠状态，动态 的唤醒从机无线模块后，信号接收与输入电路将等待主模块A的 Si4432周期性的发射数据包到来，一旦在设定时间内没有接收到信号 时，中央处理单元控制GPRS/GPS/GSM定位模块自行启动，通过 GPRS/GSM采集的当前监测信息，经中央处理单元将定位数据打包处 理后，由GPRS传到服务器或由GSM传到设定的号码；主模块A监控 中心的ISM射频Si4432持续接收到正确数据包(正确地址和CRC校验 码)时,中央处理单元把数据不断从Si4432读出，并将监测结果送到液 晶显示单元进行显示，并根据系统设定参数将监测结果送到报警单元 进行告警。
本发明的滴斗高度h2与液滴速度N成正比例关系，近似比例系数 K2，液滴检测部件可被近为时滞环节，所述的系统中的步进电机相当 于一个积分环节，脉冲数n与滴斗高度h2的比例系数为K1。由于这个 积分环节的存在，且系统存在检测延时，使微分作用不明显，所以我 们用比例控制器来实现调节控制功能，其比例系数为KP。
如图15所示，是本发明的点滴速度反馈原理框图，关于具体系 统整定和参数选取：
<1>液滴检测周期的选取
综合考虑系统液滴速度的快慢(20—150滴/分)及检测的可靠， 所以液滴检测周期定为1秒。
<2>参数K1的计算
K1是步进电机轴径所转直线位移(即滴斗高度h2)与调节器输 出脉冲的比值。这里电机轴直径D＝22mm，故其周长:
C＝πD＝3.14×22×10-3＝0.069m
n0(脉冲数/周)＝2/步距角，步距角取值为0.045°，所以：
故可得：
<3>参数K2的选取
经实际测定，滴斗高度h2与液滴速度N之间为非线性关系，为 了简化数学模型，采取在
大概的工作点附近采用切线法进行线性化得出比例系数K2。
<4>参数PK的整定
KP的理论计算值可能与实际值存在偏差，此处采用工程整定法， 得到KP使用初值，终值以实际调整值为准，取值如下：
K P = 1 τ K 1 K 2 = 1 1 × 0.86 × 10 - 5 × 250 = 456 ]]>
如图16所示，是本发明的点滴速度测量流程图，所述的点滴速 度的测量是通过记录单位时间内点滴的下滴个数，再计算单个点滴的 速度。所述的计算原理是：每出现一个点滴下滴就进行一次中断，在 单位时间内出现的中断数即为点滴下滴个数，系统用的定时器T0定 时时间为200us。当系统检测到第一个脉冲信号时，程序立即进行中 断处理，读出此时计数器存储的内容，然后清零，记脉冲信号的初始 值为COUNT＝0。当定时器定时到达200us时，程序中断检测输入信 号是否有脉冲信号到来，把计数器加1为COUNT＝1。由计数器 COUNT＝1检测到的脉冲信号个数而设定计数器COUNT＝1的存储单 元是10，通过循环存储脉冲个数。在定时器COUNT＝1中取5个相 邻的脉冲信号点，设起始脉冲点对应的计数器COUNT值是n1，最 后一个脉冲点对应的值是n2。从而计算出5个脉冲点所需时间为： t＝(n2-n1)×200us，那么两相邻脉冲信号时间间隔的平均值为T＝t/5。 由此可得到点滴速度：V＝60s/T，即V＝1500/(n2-n1)。
如图17所示，是本发明的报警子程序流程图，在输液中时常有 输液过慢或过快、漏滴等故障或是出现滴完现象，此时报警系统发出 报警。检测输液异常是通过4s定时中断来实现的。分析滴速数据， 若滴速大于设定滴速，则输液过快，单片机的P0.7端输出高电平， 并把单片机的P0.7脚置“1”和P3.0脚置“0”，驱动蜂鸣器和发光二极 管发出声光报警，并将当前信息通过GSM/GPRS模块以短信方式发 送给医护人员；反之，则输液过缓。若在4s内无点滴落下，则为输 液中断或输液结束，单片机的P0.7端输出高电平，并把单片机的P0.7 脚置“1”和P3.0脚置“0”，驱动蜂鸣器和发光二极管也发出声光报警， 也实现将当前信息通过GSM/GPRS模块以短信方式发送给医护人 员。若输液正常范围内，单片机P0.7端输出低电平，把单片机的P0.7 脚置“0”，不发出声光报警。同时当前信息通过GSM/GPRS模块以短 信方式发送给医护人员。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的 技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上 所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和 润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。