电子输注泵及其控制方法 【技术领域】
本发明涉及一种医疗设备，特别涉及一种临床治疗中微量注射药液的电子输注泵，及精确控制输注量的控制方法。
背景技术
现有的电子输注泵基本上是进口产品，价格昂贵，输注精度高但输注线性度较低，输注脉冲明显；而国产的一次性的电子输注泵，无安全仿护报警功能，输注精度差。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是要提供一种精确控制输注量，且输注脉冲平滑，具有报警功能的电子输注泵及其控制方法。
为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种电子输注泵，包括机械执行机构和电路控制部分，所述的机械执行机构位于上壳体内的一端，电路控制部分位于上壳体内的另一端，电路控制部分的电路板与微电机连接，电路板上的MCU芯片输出信号控制微电机的转动、螺旋线曲轴的传动，控制螺旋线曲轴上微型闸片的垂直位移精确推动输注导管中的药液流动。
所述的上壳体与下壳体、药盒体在铰链板的一侧连接，铰链板的另一侧连接管道压板，管道压板能开启和关闭，管道压板关闭时正对着上壳体内的机械执行机构。管道压板上设有压板卡钩，与上壳体上的压板卡扣嵌合，关闭管道压板。
所述上壳体上还设有放置干电池的电池仓，电池仓的顶部四周粘有防水圈，电池盖与上壳体通过卡扣扣合。
所述下壳体上设有卡扣，推开卡扣才能打开药盒体。
所述的机械执行机构，是螺旋线曲轴上套有多片垂直平行的微型闸片，再在螺旋线曲轴的两端套上轴承，然后把磁轮组件的一端套在螺旋线曲轴上，另一端套在微电机的输出轴上，装入上壳体内用微电机盖板固定。
所述的螺旋线曲轴的外轮廓呈螺旋线形状。
所述的磁轮组件包括传动销、连轴节和磁轮，传动销置入连轴节的销孔内，再把磁轮上端凹槽对准连轴节凹槽卡入后，用胶固定。
所述微型闸片的顶端伸出上壳体外，微型闸片顶端上铺有平滑微型闸片梯度的防水膜，防水膜上压有一防水膜压板固定于上壳体的外表面，与防水膜压板位置相对应的管道压板上固定有硅胶垫。
所述防水膜上设有与螺旋线曲轴同向平行的一输注通道，输注通道上安放输注导管，在该输注通道的一边分别固定有内置止流夹和气泡传感器，在该输注通道的另一边下方设有压力传感器，该气泡传感器和压力传感器均与MCU芯片连接；另有输注通道与上壳体外表面接触部位设有固定卡座。
所述的管道压板上固定有止流夹推槽，该止流夹推槽与上壳体外表面上内置止流夹的位置相对应。
所述的药盒体内装有一次性的储液袋，储液袋的输注导管固定于输注通道内。
所述的电路板上焊接有接触检测开关和磁控管，该接触检测开关外套有防水圈并装上盖板后伸出上壳体外，与该接触检测开关位置相对应的管道压板上设有开关推杆。
所述的电路板上设有双MCU控制芯片，双MCU芯片互相连接，当一芯片不能正常运行时，由另一芯片代替运行。
所述MCU芯片的输入与磁控管、气泡传感器、压力传感器、接触检测开关连接，输出与微电机、报警电路和液晶显示屏连接，MCU芯片分别接受磁控管、气泡传感器、压力传感器、接触检测开关的输入信号，输出信号控制微电机转动、带动螺旋线曲轴的转动，进而控制微型闸片的垂直位移，形成向前蠕行运动，MCU芯片还输出信号控制报警电路的报警和液晶显示屏的显示。
所述电路控制部分对应的上壳体外表面设有控制面板，该控制面板上设有液晶显示屏、开/关机按钮、启动/停止按钮、锁定按钮、两个参数设置按钮和追加/排气按钮。各个控制按钮与电路板连接。
一种上述电子输注泵的控制方法，该控制方法包括以下的步骤：
1)、设备内部的自检：
电路内部主要集成电路功能模块的检测，完成电路内部主、辅MCU芯片的通信，确定各项功能的正常；
2)、参数设定的读取：
读取用户输入或内置保存的工作参数；
3)、基本工作参数地运算：
a、根据设定的工作参数，计算相关安全参数条件的具体数值；
b、根据机械执行机构的量程换算出系数，计算单位时间内微电机、螺旋线曲轴运转的数值；
根据机械执行机构中螺旋线曲轴转动一周的行程量L(cm)和输注导管的管道内径r(cm)算出螺旋线曲轴每转动一周输注导管输出多少毫升量V(ml/转)，即机械执行机构的量程换算系数V(m1/转)＝Lπr2，再结合设定的参数U(ml/h)得出单位时间内螺旋线曲轴运转的数值A(转/h)＝U/V，即微电机单位时间内运转的数值；
c、内部基准时钟频率的设定以及自校正；
4)、运行状态的实时检测，内部工作参数的实时运算：
a、更新运行状态下各内部工作参数的数值；
b、检测外部安全单元的反馈数值；
①气泡传感器检测到输注导管中的气泡长度超过2.5cm，气泡传感器反馈信号给MCU，MCU给出执行报警信号，转第6)步；
②压力传感器检测到输注导管内压力超过0.08Mpa，说明输注导管意外堵塞，压力传感器反馈信号给MCU，MCU给出执行报警信号，转第6)步；
③在输注运行状态中意外打开管道压板，输注通道上的内置止流夹在扭簧的作用下夹死输注导管切断输注，同时顶开管道压板，管道压板上的开关推杆就会脱离接触检测开关，接触检测开关反馈信号给MCU，MCU给出执行报警信号，转第6)步；
④在输注运行状态中，磁控管不断反馈位置信号给MCU，MCU不断累积反馈位置信号的次数，当累积的次数达到根据预设值换算出来的参数值，MCU给出执行报警信号，转第6)步；
⑤当内部电路检测到电源电压低于2V以下时，内部电路反馈信号给MCU，MCU给出执行报警信号，转第6)步；
⑥当内部电路检测到电源电压低于1.7V以下时，内部电路反馈信号给MCU，MCU给出执行报警信号，转第6)步；
5)、驱动机械执行机构工作：
依据运算得出单位时间内的数值来控制机械执行机构的运转，当机械执行机构上的磁轮组件转动到一定位置后，驱动相应位置上磁控管反馈出一个位置信号给MCU，MCU根据反馈信号再次进行工作参数的实时运算后，再输出信号驱动机械执行机构中的微电机转动，从而带动机械执行机构中的螺旋线曲轴转动，进而控制微型闸片的垂直位移；转第7)步。
6)、执行报警：
根据报警触发条件，采取相应的报警措施，执行预定的安全措施。
①当MCU接收到气泡传感器的反馈信号后，MCU给出执行报警信号，输注泵停止输注，报警单元中的蜂鸣器发出连续蜂鸣声和指示灯常亮，液晶显示屏上显示“气泡或管道问题”提示信息；
②当MCU接收到压力传感器的反馈信号后，MCU给出执行报警信号，输注泵停止输注，报警单元中的蜂鸣器发出连续蜂鸣声和指示灯常亮，液晶显示屏上显示“堵塞或管道问题”提示信息；
③当MCU接收到接触检测开关的反馈信号后，MCU给出执行报警信号，输注泵停止输注，报警单元中的蜂鸣器发出连续蜂鸣声和指示灯常亮，液晶显示屏上显示“检查压板”提示信息；
④当MCU接收到内部电路的一级电压反馈信号后，MCU给出执行预警信号，输注泵正常输注，报警单元中的蜂鸣器发出间歇性蜂鸣声和指示灯闪烁，液晶显示屏上右上角出现电池电量不足的提示符号；
⑤当MCU接收到内部电路的二级电压反馈信号后，MCU给出执行预警信号，输注泵停止输注，报警单元中的蜂鸣器发出连续蜂鸣声和指指示灯常亮，液晶显示屏上显示“更换电池”的提示信息。
7)判断是否符合停止条件；
符合停止条件，则停止；
不符合停止条件，则转第4)步。
本发明的优越功效在于：
1)本发明提高了输注的精度，在同一输注管道下的输注精度在±1％以内；
2)本发明降低了输注液体的脉冲度，提高了输注的线性平滑度；
3)本发明降低了运行时所产生的噪音，运行时声音为20dB；
4)本发明微缩了传动机构的尺寸，体积小，提高了电子输注泵的便携性；
5)本发明采用干电池供电，提高了使用和携带的便捷性；
6)本发明采用了冗余技术，使用双MCU芯片，互相实时通信，确保系统的正常运行，提高了安全性；
7)本发明配置了压力传感器、气泡传感器、磁控开关和接触检测开关，实时监测系统的运行状态，对出现的安全隐患立即作出反应，确保电子输注泵的安全运行。
【附图说明】
图1为本发明壳体结构示意图；
图2为本发明的结构分解图；
图3为本发明的机械执行机构的结构分解图；
图4为本发明的管道压板的结构示意图；
图5为本发明的一个输注周期的示意图；
图6为本发明的电路原理框图；
图7为本发明的控制方法的流程图；
图中标号说明
1—上壳体； 2—下壳体；
3—铰链板；
4—药盒体； 401—储液袋；
5—管道压板；
6—电路板；
601—主MCU芯片； 602—辅MCU芯片；
603—报警电路； 604—磁控管；
7—机械执行机构；
701—微电机；
702—磁轮组件；
7021—传动销； 7022—连轴节；
7023—磁轮；
703—螺旋线曲轴； 704—微型闸片；
705—微电机盖板； 706—轴承；
8—防水膜； 9—防水膜压板；
10—气泡传感器； 11—压力传感器；
12—输注通道； 13—接触检测开关；
14—开关推杆； 15—内置止流夹；
16—止流夹推槽； 17—硅胶垫；
18—压板卡钩； 19—压板卡扣；
20—卡扣； 21—液晶显示屏；
22—控制面板； 23—防水圈；
24—电池盖； 25—固定卡座；
26—输注导管。
【具体实施方式】
请参阅附图所示，对本发明作进一步的描述。
本发明提供了一种电子输注泵，包括机械执行机构7和电路控制部分，所述的机械执行机构7位于上壳体1内的一端，电路控制部分位于上壳体1内的另一端，电路控制部分的电路板6与微电机701连接，电路板6上的MCU芯片601输出信号控制微电机701的转动、螺旋线曲轴703的传动，控制螺旋线曲轴703上微型闸片704的垂直位移精确推动输注导管26中的药液流动。
如图1所示，所述的上壳体1与下壳体2、药盒体4在铰链板3的一侧连接，铰链板3的另一侧连接管道压板5，管道压板5能开启和关闭，管道压板5关闭时正对着上壳体1内的机械执行机构7。管道压板5上设有压板卡钩18，与上壳体1上的压板卡扣19嵌合，关闭管道压板5。
如图2所示，所述上壳体1上还设有放置干电池的电池仓，电池仓的顶部四周粘有防水圈23，电池盖24与上壳体1通过卡扣扣合。所述下壳体2上设有卡扣20，推开卡扣20才能打开药盒体4。
如图3所示，所述的机械执行机构7，是螺旋线曲轴703上套有多片垂直平行的微型闸片704，再在螺旋线曲轴703的两端套上轴承706，然后把磁轮组件702的一端套在螺旋线曲轴703上，另一端套在微电机701的输出轴上，装入上壳体1内用微电机盖板705固定。
所述的螺旋线曲轴703的外轮廓呈螺旋线形状。
所述的磁轮组件702包括传动销7021、连轴节7022和磁轮7023，传动销7021置入连轴节7022的销孔内，再把磁轮7023上端凹槽对准连轴节7022凹槽卡入后，用胶固定。
所述微型闸片704的顶端伸出上壳体1外，微型闸片704顶端上铺有平滑微型闸片梯度的防水膜8，防水膜8上压有一防水膜压板9固定于上壳体1的外表面，与防水膜压板9位置相对应的管道压板5上固定有硅胶垫17。
如图4所示，所述防水膜8上设有与螺旋线曲轴704同向平行的一输注通道12，输注通道12上安放输注导管26，在该输注通道12的一边分别固定有内置止流夹15和气泡传感器10，在该输注通道12的另一边下方设有压力传感器11，该气泡传感器10和压力传感器11均与MCU芯片601连接；另有输注通道12与上壳体1外表面接触部位设有固定卡座25。
所述的管道压板5上固定有止流夹推槽16，该止流夹推槽16与上壳体1外表面上内置止流夹15的位置相对应。
所述的药盒体4内装有一次性的储液袋401，储液袋401的输注导管26固定于输注通道12内。
所述的电路板6上焊接有接触检测开关13和磁控管604，该接触检测开关13外套有防水圈并装上盖板后伸出上壳体1外，与该接触检测开关13位置相对应的管道压板5上设有开关推杆14。
所述的电路板6上设有双MCU控制芯片，双MCU芯片互相连接，当一芯片不能正常运行时，由另一芯片代替运行。
所述MCU芯片601的输入与磁控管604、气泡传感器10、压力传感器11、接触检测开关连接13，输出与微电机701、报警电路603和液晶显示屏21连接，MCU芯片601分别接受磁控管604、气泡传感器10、压力传感器11、接触检测开关13的输入信号，输出信号控制微电机701转动，带动螺旋线曲轴703的转动，进而控制微型闸片704的垂直位移，形成向前蠕行运动，MCU芯片601还输出信号控制报警电路603的报警和液晶显示屏21的显示。
所述电路控制部分对应的上壳体1外表面设有控制面板22，该控制面板22上设有液晶显示屏21、开/关机按钮、启动/停止按钮、锁定按钮、两个参数设置按钮和追加/排气按钮。各个控制按钮与电路板连接。
一种上述电子输注泵的控制方法，该控制方法包括以下的步骤：
1)、设备内部的自检：
电路内部主要集成电路功能模块的检测，完成电路内部主、辅MCU芯片的通信，确定各项功能的正常；
2)、参数设定的读取：
读取用户输入或内置保存的工作参数；
3)、基本工作参数的运算：
a、根据设定的工作参数，计算相关安全参数条件的具体数值；
b、根据机械执行机构的量程换算出系数，计算单位时间内微电机、螺旋线曲轴运转的数值；
根据机械执行机构中螺旋线曲轴转动一周的行程量L(cm)和输注导管的管道内径r(cm)算出螺旋线曲轴每转动一周输注导管输出多少毫升量V(ml/转)，即机械执行机构的量程换算系数V(ml/转)＝Lπr2，再结合设定的参数U(ml/h)得出单位时间内螺旋线曲轴运转的数值A(转/h)＝U/V，即微电机单位时间内运转的数值；
c、内部基准时钟频率的设定以及自校正；
4)、运行状态的实时检测，内部工作参数的实时运算：
a、更新运行状态下各内部工作参数的数值；
b、检测外部安全单元的反馈数值；
①气泡传感器检测到输注导管中的气泡长度超过2.5cm，气泡传感器反馈信号给MCU，MCU给出执行报警信号，转第6)步；
②压力传感器检测到输注导管内压力超过0.08Mpa，说明输注导管意外堵塞，压力传感器反馈信号给MCU，MCU给出执行报警信号，转第6)步；
③在输注运行状态中意外打开管道压板，输注通道上的内置止流夹在扭簧的作用下夹死输注导管切断输注，同时顶开管道压板，管道压板上的开关推杆就会脱离接触检测开关，接触检测开关反馈信号给MCU，MCU给出执行报警信号，转第6)步；
④在输注运行状态中，磁控管不断反馈位置信号给MCU，MCU不断累积反馈位置信号的次数，当累积的次数达到根据预设值换算出来的参数值，MCU给出执行报警信号，转第6)步；
⑤当内部电路检测到电源电压低于2V以下时，内部电路反馈信号给MCU，MCU给出执行报警信号，转第6)步；
⑥当内部电路检测到电源电压低于1.7V以下时，内部电路反馈信号给MCU，MCU给出执行报警信号，转第6)步；
5)、驱动机械执行机构工作：
依据运算得出单位时间内的数值来控制机械执行机构的运转，当机械执行机构上的磁轮组件转动到一定位置后，驱动相应位置上磁控管反馈出一个位置信号给MCU，MCU根据反馈信号再次进行工作参数的实时运算后，再输出信号驱动机械执行机构中的微电机转动，从而带动机械执行机构中的螺旋线曲轴转动，进而控制微型闸片的垂直位移；转第7)步。
6)、执行报警：
根据报警触发条件，采取相应的报警措施，执行预定的安全措施。
①当MCU接收到气泡传感器的反馈信号后，MCU给出执行报警信号，输注泵停止输注，报警单元中的蜂鸣器发出连续蜂鸣声和指示灯常亮，液晶显示屏上显示“气泡或管道问题”提示信息；
②当MCU接收到压力传感器的反馈信号后，MCU给出执行报警信号，输注泵停止输注，报警单元中的蜂鸣器发出连续蜂鸣声和指示灯常亮，液晶显示屏上显示“堵塞或管道问题”提示信息；
③当MCU接收到接触检测开关的反馈信号后，MCU给出执行报警信号，输注泵停止输注，报警单元中的蜂鸣器发出连续蜂鸣声和指示灯常亮，液晶显示屏上显示“检查压板”提示信息；
④当MCU接收到内部电路的一级电压反馈信号后，MCU给出执行预警信号，输注泵正常输注，报警单元中的蜂鸣器发出间歇性蜂鸣声和指示灯闪烁，液晶显示屏上右上角出现电池电量不足的提示符号；
⑤当MCU接收到内部电路的二级电压反馈信号后，MCU给出执行预警信号，输注泵停止输注，报警单元中的蜂鸣器发出连续蜂鸣声和指指示灯常亮，液晶显示屏上显示“更换电池”的提示信息。
7)判断是否符合停止条件；
符合停止条件，则停止；
不符合停止条件，则转第4)步。
本发明的螺旋线曲轴上套有多片这样垂直平行的微型闸片，每次动作只推动其中少量的闸片挤压管道产生一个很小的输注剂量，所以每单个输注剂量间的偏差很小，提高了总体的输注精度的线性平滑度。以上完成了一个输注过程再重新进行下一个输注过程，如此反复进行实时检测、实时输出信号、实时驱动执行机构，这样既能实时对运行参数校正，提高了输注的精度又能对运行状态实时监测，不会因为泵的损坏而发生过量输注，提高了泵的安全性。