【摘要】在临床医学中，静脉输液是一种常用的治疗方法，但输液过程容易导致空气栓塞、凝血、堵针等情况，鉴于此，本文作者设计了基于STM32的智能密闭式点滴系统。该系统由主控模块、流速、液位与温度检测模块、报警与显示模块、电机模块等组成，主控模块接收各检测模块采集到的数据，然后进行分析处理，发出指令控制电机模块、报警与显示模块等，实现智能换药、智能报警、温度和流速显示等功能。

【关键词】STM32  智能点滴系统  智能报警

1 绪论

随着社会的快速发展和人们生活水平的不断提高，人们越来越追求智能化，同时人们对医疗设备的需求也越来越高。现在我国国内的大部分医院采用的都是传统的输液方式，即医务人员需要定时的监护病人的输液情况，凭借自身的经验和病人的反馈手动控制滴速等输液因素，极为不便，而且输液过程容易导致空气栓塞、凝血、堵针等情况，鉴于此，本文设计了基于STM32的智能密闭式点滴系统。该系统是对输液器中的药液各项数据进行监控，当药液数据异常时，会进行智能调节和报警处理，使值班护士能及时换药和取针处理。智能密闭式点滴系统安装方便，操作简单，成本低，控制精度高。因此，智能密闭式点滴系统的设计具有重要的意义和推广前景。

2 系统硬件设计

本设计是一种智能密闭式点滴系统[1]，该系统由主控模块、流速、液位和温度检测模块、报警与显示模块、电机模块等组成。单片机STM32F103作为系统的控制核心，接收各检测模块采集到的数据进行分析处理，发出指令控制步进电机、报警模块、显示模块和加热装置，实现智能换药、智能报警[2]、温度和流速显示等功能。

2.1 STM32F103芯片

本系统采用的是STM32F103为主控芯片，该芯片具有足够的输入输出口进行数据的传输，并且能够高效的进行A/D转换[3]，该芯片有16个外部中断的I/O口，可以用软件为每个I/O口配置输入输出或者其他外围的功能端口。该芯片A/D转换器都是12位的，所以转换速率很高，达到了1MHz，范围都在0～36V。内部有一个温度传感器，可用函数调出实时温度值。因为有7路通用DMA，所以数据的存储不用处理器干预可以通过DMA直接在内存与设备之间快速转换，非常方便而且节省了处理器的资源。

2.2 红外对发射传感器

对于流速检测的模块，本系统选择的是红外对射传感器[4]。红外对发射传感器由红外发光二极管和NPN光电二极管组成。它的形状是一个U型槽，红外发光二极管和NPN光电二极管分别安装在U型槽两端，形成一个对射的状态。红外对射传感器通电时模块的信号指示灯会亮起来，正常工作过程中，当U型槽中没有遮挡时会输出高电平，并且接收管的灯也会亮。当U型槽中红外光被遮挡时，输出型号为低电平，并且接收管的灯灭。本系统中将滴管安装在红外对射传感器的U型槽。在输液过程中，药液顺着输液管滴落，在滴落时液滴会通过传感器发出的红外光并反射或折射光线，使传感器的接收端无法接收到红外光，相当于红外光被遮挡，传感器会反馈一个低电平信号给主控芯片，主控芯片接收并记录，最后计算出检测到的药液流速。

2.3 智能非接触式液位传感器

对于液位检测的模块，本系统选择的是智能非接触式液位传感器，该液位传感器的信号处理技术非常的先进，实现了真正意义上的非接触，而且不用考虑测量容器的壁厚程度，非常实用。智能非接触式液位传感器可以用来测量各种密闭式容器中的有毒物质、强酸、强碱和药液等液体的液位变化，对液体的介质和容器的材质没有什么特殊的要求，所以应用很广泛。该模块主要采用高低电平输出接口，型号为XKC-Y26A-V，当达到液位阈值时，液位传感器模块会完成液位的判断，然后输出一个高低电平。

2.4 DS18B20

对于温度检测的模块，本系统选择的是DS18B20。温度采集模块和发热片模块是一个整体，其中发热片模块安装于系统主管上端，温度采集模块安装在发热片后面。一般医院所输的药液要大大低于人体温度，所以可以事先给主控芯片设定一个温度值。根据温度检测模块得到的值与设定的值比较，当温度低于设定值时，主控芯片给继电器发出指令，让加热装置开始工作对药液进行加热，通过温度传感器与加热装置完成药液温度的控制。

2.5 报警与显示模块

报警模块是采用一个蜂鸣器与一个发光二极管来实现声光报警。当主管上的液位传感器发出信号或者测速模块检测要流速异常时，主控芯片控制蜂鸣器和报警灯工作。而显示模块采用MCU电阻触摸屏，主要用于实时温度与流速的显示。

2.6 电机模块

电机模块主要由电机驱动电路和步进电机[5]组成，在该系统中用到了流速控制电机与换瓶开关电机。流速控制电机主要用于药液流速控制和药液主管闸阀，当药液流速过快或者过慢时，流速控制电机控制夹紧器做出相应夹紧或放松动作。当所有液体完成后，主控芯片向主管上的步进电机发出停止输液的指令。换瓶开关电机主要是用于当前药瓶或者药袋中液体流完时，主控芯片控制步进电机进行相应的反转动作，通过支管步进电机驱动的夹持器控制输液管打开，使药液流进主管，完成自动换药功能。

3 结束语

经过调试与测试，该系统能实现智能换药、智能报警、温度和流速显示等功能，达到预期目标。

参考文献：

[1]刘宝明，尹树华，罗珊. 点滴智能控制系统的设计与实现[J]. 电讯技术，2005，45（6）

[2]黄海波，杨冬英. 基于单片机的智能输液控制系统的设计[J]. 山西电子技术，2019（5）

[3]宋玲玲，张会兵.基于STC15F2K60S2单片机智能医疗系统输液监护的设计与实现[J].泰山学院学报，2016，38（06）：65-70.

[4]周磊，王林龙，刘福礼.基于单片机的智能输液系统的设计[J].电脑知识与技术，2017，13（01）

[5]姚运萍，张育斌，陈宇，张文彬，吴振刚.基于单片机的智能输液装置控制系统的设计[J].陕西科技大学学报（自然科学版），2010，28（04）：83-87.

项目：重庆市大学生创新创业训练计划项目（S202112608022、S202112608023、S202012608029）