无线滴液监测系统 论文

张衍波

：为了解决人工监测输液治疗所存在的问题，缓解医护人员的工作压力，
设计了一种基于光电监测技术、无线通信网络技术的无线监测系统。该系统选用
TI 公司的MSP430F247T 单片机、OPA300、CC2420 收发模块，由无线监测发送终
端、无线接收终端、PC 显示应用软件组成的无线监测网络，实现了对多个输液
终端的点滴速度、剩余容量、剩余时间的显示以及输液异常自动报警。另外该系
统还可应用于化学计量、工业计量等领域，高精度要求的液体滴速测量。本文简
单介绍了系统的组成和工作原理、硬件设计及软件设计，并给出了系统的实现电
路与波形图。
关键词：输液、无线网络、低功耗、防抖、PC机界面、实时
本系统是由一个总接收终端和若干个发射节点构成的无线收发网络。
无线发射终端包括液滴检测模块、信号放大模块、信号处理模块、无线发
射模块、显示模块。无线接收终端包括无线接收模块、串行通信模块、报
警模块、以及与PC 机串口通信模块.可以实现实时测量液滴滴速、PC机实时
显示终端输液的基本信息、输液异常自动报警等功能，同时系统可同时监测多个
输液滴速，组建无线监测网
医疗应用时,将本系统夹在输液器滴管上,经过数据处理后,所需数据
通过发送模块送至终端,并在PC 机上显示.当发现滴速过快或者输液药量
不够时,将会发出提醒警报,提示医护人员作出相应处理.本系统可以实现
对256 个甚至更多的病人输液情况的监控.
本系统的主要特点是低功耗、防抖动、无线网络。液滴监测终端由3V
纽扣电池供电，平均工作电流为8mA，一节纽扣电池完全能保证至少在病
人输液的全过程中正常工作；三排光电对管可以防止由于病人晃动输液管
导致的液滴漏测现象；可同时对多个终端实现无线监测。
2.方案设计
2.1理论分析
光电对管由水滴上下边缘遮挡可以产生相应的脉冲信号，其他检测系统多有
应用，产生的脉冲信号，经比较放大处理产生单片机处理的较规则脉冲，再经单
片机处理，可计算滴数，单片机对两滴之间的时间计算可得实时滴速。之后将数
据无限发送到接收模块，接收模块通过串口与电脑相连，电脑由串口接受信息，
并在相应界面上显示。
2.2器件选择
低功耗低噪声单电源3V供电轨至轨的opa300 ，满足电源及信号接口要求，
也满足整个系统低功耗的要求。
Msp430f247t，功能强大，超低功耗，开发便捷。
CC2420芯片，有相应较成熟的电路模块，开发快捷。
2.3设计方案论证
2.3.1光电管的排列方案
方案之一是在输液管液滴垂直下落的路径上安装了一对光电管来提取液滴
的脉冲，这也是一般的做法。如果病人感觉不适可能会晃动滴管，或者其他原因，
导致液滴相对的偏离垂直路径，使光电管监测不到液滴。我们用并排的三对光电
管覆盖了液滴下落的一个平面，使得输液管晃动时依然可以不漏计液滴。（见图
二）
2.3.2光电管供电方案
监测液滴，是因为液滴上下边沿会遮挡光线，经测试，液滴的上下边沿产生
的遮挡在20ms左右，理论上给光电管供电的脉冲周期只要低于20ms即可分辨检
测出液滴脉冲，所以我们用单片机产生8ms周期方波作为光电管的供电，就可以
分辨监测到每一个液滴，同时减少能耗，我们采用占空比50%的方波，近似估算，
相对于光电管直流供电，可以减少一半功耗。而且，由于实际输液的滴速不会太
快，取监测的最快速度每分钟200 滴的上限（安全速度更低），则两滴至少间隔
300ms，所以每当监测到一个液滴脉冲后将停止对光电管供电，用此段时间来进
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行无线通信，同时屏蔽干扰，干扰是因为液滴的上下边沿均可产生遮挡，由此产
生的脉冲有的连一起，有的分开，如果不屏蔽则会将分开的两个脉冲分辨为两个
液滴。