公民聚焦话题《子涛说事逐日快讯》
王国印 杨浩宇 王晨阳 裴书龙 马文婷 芦晓阳
（天津工业大学）
择要：本项目为基于STM32F103VET6单片机的输液“监测-报警-掌握”系统。此系统可以实时监测各节点输液液位的情形，若液位低于鉴戒值，便自动向后台发送报警旗子暗记等待医护职员的处理。此系统极大的降落了通知职员的陪护韶光，办理了病人在输液期间无法正常安歇的问题。同时通过无线局域网络担保了通信的时效性与安全性。
系统由非打仗式电容液位传感器、STM32VET6单片机、WiFi模块、液晶显示屏和直流电源供电模块等组成。点滴液位由非打仗式电容进行实时监测，通过单片机进行数据处理，并将数据无线发送，实现与终端节点无线通信与组网。同时终端节点对各个子节点进行旗子暗记反馈，实时调度各监测设备的状态。
此系统具有很高的创新性与实用性，对低耗医疗东西的自动化与智能化有很好地参考代价。
关键词:输液监控；WiFi通信；新型传感器；智能医疗
一、弁言
现阶段，中国每年输液量已经破百亿瓶，这是个惊人的数字。有时，病人和护士不能及时创造输液非常或者液体将尽，这会延误拔针韶光，可能引起输液事件。这类情形每每得不到人们的重视，但等待输液者的可能是截肢，乃至是生命危险。
此项目的研究意义的正在于避免这种情形的涌现，我们的团队致力于运用智能化的监测和掌握技能，设计一款能够及时通报信息、做出有效掌握的“输液监测-报警-掌握系统”，系统通过对输液液位的实时监控反馈，极大限度地降落输液时因血液倒流而引发危险的风险。
近几年短间隔无线通信技能发展迅猛,WiFi、蓝牙和ZigBee等技能蜂拥而至,采取无线的办理方案将很轻松的避免上述问题。另一方面，信息通讯技能的高速发展使得实现功能所需的传感器、触发器等硬件价格非常低廉。以上成分都极大地促进了低值医疗东西的智能化。
未来，此输液“监测-报警-掌握”系统可以进一步完善成为具有完全呼叫、回答、监控、管理、评价的无线病房智能通讯系统，有效地办理传统的有线病房呼叫系统的布线繁琐、无法移动、功能升级性差、本钱高档弊端。
二、国内外研究现状
（一）海内现状
现阶段，海内已有大略单纯便携式点滴报警器（输液宝），这种报警器功能局限性大，只能实现大略的声音报警功能，液位低于鉴戒值便发生发火声音提醒患者或者家属，再由患者或家属人工呼叫护士进行处理。这种装置存在很多弊端：1）不利于情急情形下护士的床位定位；2）输液区警报声的大量播放，极大程度上影响了输液环境；3）警报系统还具有随机性和无次序性，会造成病房换液拔针运行紊乱。
（二）国外现状
国外智能型输液装置的研究较早，如日本、美国和德国等国家上世纪八十年代末就进行了智能型输液装置的研制。现在很多发达国家住院床位配备了输液泵，输液泵是一种多功能输液掌握器，能够较为精确地掌握输液速率，并实现输液壅塞、气泡混入和输液完成报警。但是输液泵市场售价较高，大部分三级甲等以下医院望尘莫及。
三、项目研究内容
1、非打仗式液面电容传感技能研究：为便于丈量输液瓶内液体的剩余量，根据液体的寄生电容与感应器的静态电容耦合的事理，设计便携式液面丈量传感器。
2、红外液面监测的机理及算法设计：开拓基于红外发射及旗子暗记剖析的底层模块和顶层算法程序。
3、WiFi通信技能机理研究及算法设计：根据WiFi模块间的串口通信，搭建无线局域网络，担保通信的时效性与安全性。
4、监控中央的设计：设计硬件电路，通过对各个分级通报信息的处理和剖析，对涌现的各种情形进行实时反馈。
项目创新特色
1、推动新型传感器的运用，实现了在容器外侧对液量监控，实时监测输液情形，并对非常情形进行快速的处理，有效的防控输液事件。
2、引入成熟的WiFi技能，点滴监测掌握系统智能化实现远程信息通报及反馈功能，提高了医护职员对信息的吸收，有效地减少人力资源的摧残浪费蹂躏。
3、从芯片的自主选择，电路的自主设计再到产品布局的自主设计，其局限性很小，同时极大地磨炼了学生的动手实践能力，培养学生的开放性思维和创新精神。
五、系统设计方案
（一）系统框架
输液“监测-报警-掌握”系统的构造如下图4-1所示，能够分成以下三个部分：监测部分、信息传输部分和掌握终端。监测部分由非打仗式电容液位传感器、STM32最小系统等组成，实现各病床的液位监测功能；信息信息传输部分卖力在总机与各分机之间进行信息传输；掌握终端是由STM32、OLED显示屏、蜂鸣器等组成，卖力WiFi网络的组建以及在护士站显示和处理报警信息。
本设计中，监测部分和掌握终端均采取可自由移动的设计，充分发挥WiFi网络拓展性高和传输间隔远的优点，实现全体病护区域的信息传输。
其详细的事情流程如下：
1、护士站的掌握台节点上电后，自动组建WiFi网络，等待病床的液位监控节点上线。
2、当病床的液位监测部分精确安装后，打开电源，该节点会自动探求并加入现存的WiFi网络，随即自动开始监控当前的液位。
3、与此同时，掌握终端收到干系信息后，会自动剖析该节点ID信息、上线韶光等信息，进而得到该节点对应的病床号，并在OLED屏上显示当前已经加入的床号。
4、监测过程中若液位低于鉴戒值，则会通过WiFi网络发送将信息反馈给掌握终端。
5、掌握终端在接管并剖析指定信息后，把报警处的病床号显示在OLED屏上，并发出进行报警来提醒医护职员作出相应处理。
6、处理完成后，医护职员按下监测部分对应的按键，打消该床位的报警，该床位重新进入监控状态。
图4-1 系统构架图
（二）系统硬件设计
1、监测部分
液位监测的节点安装于输液管上，卖力监测当前药液液位并发出低液位的报警旗子暗记。
图4-2 液位检测系统
2、掌握终端
掌握终端安装在护士站，卖力组建WiFi网络、实时显示当前在线的病床号。当发出报警旗子暗记时，掌握终端显示当前低液位报警床位号，处理完毕后，通过按键来清空报警信息。
图4-3 掌握终端
3、信息传输部分
信息传输部分卖力接管并转发WiFi的数据包，用于增大监测部分与掌握终端之间的通讯间隔、肃清旗子暗记去世角。
图4-4 信息传输系统
（三）系统软件设计
此输液“监测-报警-掌握”系统中，软件设计的目的是搭建WiFi无线网络，实现液位监测部分、信息传输部分以及掌握终端之间的数据发送、转发及吸收。此WiFi网络中的各部分软件设计如图4-5所示。
图4-5 系统软件设计流程图
六、项目实现方案
（一）技能路线
我们采取设计、实践和验证的研究方法，共分4个阶段来完成这个项目。
第一阶段：知识学习
查阅资料文献资料与学习干系理论知识，理解国内外关于这方面的研究状况并补充干系方面的理论知识。即干系技能和元器件的学习：
1.WiFi网络的建立与通讯方法的研究。
2.得当元器件的选择原则制订：抗滋扰性强、不污染药液、通讯稳定。
第二阶段：方案设计
我们确定该项目的总体设计方案与设计思路，然后研究各个模块并确定各个模块的详细功能，直到实现预期的目的。
1.液位监测装置的设计制作：包括最优PCB设计、最佳布局的研究以及开板、焊接等。
2.掌握中央的设计制作：在之前PCB布线设计的根本上，研究实现用STM32单片机驱动OLED以及通过按键掌握数据收发的办法。
第三阶段：研制、开拓和调试
包括编写相应功能的程序，设计该系统的外围电路与接口，功能调试（包括程序的调试，电路的调试和硬件的调试）直到系统达到预期功能。
第四阶段：性能的测试与完善
我们对该报警器进行测试，然后对个中不敷的地方进行修正与完善，提高系统事情的稳定性和可靠性。
（二）制作过程
前期我们查阅资料，在拥有干系专业知识后，开始购买准备此项目所需的元器件。在等待元器件到货的同时，我们小队成员兵分两路，一起按照元器件的硬件尺寸设计PCB图，另一起开始动手研究软件算法与WiFi通讯协议。元器件得手后我们按照元器件的实际尺寸微调PCB并进行制作，随后进行焊接。同时，随着对WiFi协议栈的不断学习深入，我们对硬件和算法的理解不断加深，并不断进行对系统的调试及优化。
如图5-1所示，我们在掌握台节点安排了OLED进行可视化显示，同时，增加蜂鸣器来声音提醒医护职员，换液处理完成后再通过按键取消报警。
如图5-2，为增加系统的便携性，我们的液位监控节点经优化后采取18650电池供电，得益于WiFi网络的低功耗和STM32的休眠机制，目前可以为监测部分供应10小时以上的连续事情韶光。
图5-1掌握终端PCB事理图
图5-2 监测部分PCB事理图
七、实际利用前景
目前，此系统已具备WiFi无线组网、智能液位监控、实时通讯系统、信息快速反馈处理的功能，可在患者输液时有效监测药液液位，从而防止血液回流，杜绝换液不及时所带来的风险；另一方面，此系统极大地缩短了输液期间的人工陪护韶光，担保了患者的正常安歇，同时，大大提升了医院对输液患者的管理效率，进而可有效降落人工本钱。
经由多次反复测试，该系统稳定可靠，可知足医院的实际须要，经由后续形状的设计改进，便可投入商业生产，运用到实际生活中。
未来，此输液“监测-报警-掌握”系统可以进一步完善成为具有完全呼叫、回答、监控、管理、评价功能的无线病房智能通讯系统，在智能监测输液过程的同时，有效地办理传统有线病房呼叫系统的功能升级性差、布线繁琐、无法移动、本钱高、人工参与度高、临时增加的床位无法利用等弊端。
参考文献
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辅导西席：李 娟
编辑：孙子涛
