基于液滴计数与流速检测的双参数融合反馈控制输液装置的制作方法

本实用新型涉及基于液滴计数与流速检测的双参数融合反馈控制输液装置，属于医用输液设备领域。

背景技术：

现有的一次性输液器主要用于静脉输液，作为静脉与药液之间通道，包含有茂菲氏滴管、流速调节器、瓶塞穿刺器、针头护帽、输液软管等部分，其中常见的茂菲氏滴管的规格可分为10、15、20滴/ml三种，误差在±0.1ml。通过调节机械流速调节器，调整药液滴落速度，从而调整输液速度。其优势为成本低廉，流速稳定，原理简单，操作方便，得以广泛运用。但是该一次性输液器存在以下问题：液滴滴落的具体速度难以控制，无法满足微量输液的要求，因此不适用于长时间、低流量的输液。

技术实现要素：

为了克服现有产品中液滴滴落的具体速度难以控制、无法满足微量输液等缺陷，本实用新型提供了一种基于液滴计数与流速检测的双参数融合反馈控制输液装置，通过对液滴计数和微流量计测得的数据，经过处理，再进行有效性判决，获得当前流速，并与用户设定的流速值进行比较，经过微处理器算法运算，更新反馈数据值，从而调整流速，实现对于流速的稳定、精准控制。

本实用新型中主要采用的技术方案为：

基于液滴计数与流速检测的双参数融合反馈控制输液装置，包括输液容器、茂菲氏滴管、对射式槽型红外光电装置、微型流量计、输液容器夹持装置、步进电机推杆、步进电机驱动器、无线通讯模块、报警装置、主控装置和液晶显示器，所述无线通讯模块和主控装置集成安装在外壳内，且所述无线通讯模块与主控装置通过串口连接，所述报警装置安装在外壳上，所述输液容器通过输液管依次连通茂菲氏滴管和微型流量计，且所述微型流量计位于输液管末端，所述对射式槽型红外光电装置固定在茂菲氏滴管上，且茂菲氏滴管位于对射式槽型红外光电装置的凹槽内，所述输液容器倒置夹持在输液容器夹持装置内，所述步进电机推杆的输出端与所述输液容器夹持装置连接，所述电机驱动器与所述步进电机推杆驱动连接，所述主控装置分别与报警装置、步进电机驱动器和液晶显示器控制连接，所述微型流量计和对射式槽型红外光电装置分别与主控装置数据传输连接，所述无线通讯模块与所述主控装置连接。

优选地，所述对射式槽型红外光电装置包括红外发射二极管和光敏三极管，所述红外发射二极管和光敏三极管分别安装在对射式槽型红外光电装置中凹槽的两端，所述茂菲氏滴管固定安装在凹槽内，且所述凹槽的槽距范围在0.5cm-2cm。

优选地，所述微型流量计为微小椭圆齿轮流量计，其量程范围为0.5ml/min-150ml/min。

优选地，所述液晶显示器为分辨率320*240的液晶显示器，所述无线通讯模块为esp8266wifi模块或蓝牙模块。

优选地，所述输液容器夹持装置包括两块夹持板、挤压弹簧杆和滑动板，所述两块夹持板平行设置，所述滑动板滑动连接在两块夹持板之间，且位于夹持板上端，所述挤压弹簧杆竖直安装，且一端固定在滑动板底面上，另一端与输液容器接触；所述滑动板顶面与所述步进电机推杆的输出端连接。

优选地，所述输液容器为输液塑料瓶或者输液袋。

优选地，所述主控装置为stm32f103c8t6微处理器，所述stm32f103c8t6微处理器上设有步进电机驱动器接口、报警装置接口、对射式槽型红外光电装置反馈数据接口、微型流量计反馈数据接口和液晶显示器接口，且各接口通过软排线或者杜邦线分别与步进电机驱动器、报警装置、对射式槽型红外光电装置、微型流量计和液晶显示器对应连接。

优选地，所述茂菲滴管的滴口处采用不锈钢针头，且滴口的外径为0.4mm。

有益效果：本实用新型提供基于液滴计数与流速检测的双参数融合反馈控制输液装置，通过双参数融合的反馈，实现了对于流速的精准控制，可运用于微量输液的场合，医生可以远程设定患者药液流速，提高了输液质量和效率，有效地解决了传统一次性输液装置速度调控精度不高、无法微量输液、缺乏灵活性的弊端。

附图说明

图1为本实用新型硬件拓扑示意图；

图2为本实用新型工作流程示意图；

图3为本实用新型对射式槽型红外光电装置原理图；

图4为本实用新型中主控装置的主控电路原理图；

图5为本实用新型中主控装置的降压电路原理图；

图6为本实用新型中主控装置的时钟电路原理图；

图7为本实用新型中主控装置的复位电路原理图；

图8为本实用新型中主控装置的去耦电路原理图；

图中：输液容器1、茂菲氏滴管2、对射式槽型红外光电装置3、微型流量计4、输液容器夹持装置5、夹持板5-1、挤压弹簧杆5-2、滑动板5-3、步进电机推杆6、步进电机驱动器7、无线通讯模块8、报警装置9、主控装置10、液晶显示器11。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

下面结合附图对本实用新型的技术方案做了进一步的详细说明：

基于液滴计数与流速检测的双参数融合反馈控制输液装置，包括输液容器1、茂菲氏滴管2、对射式槽型红外光电装置3、微型流量计4、输液容器夹持装置5、步进电机推杆6、步进电机驱动器7、无线通讯模块8、报警装置9、主控装置10、液晶显示器11，所述无线通讯模块8和主控装置10集成安装在外壳内，且所述无线通讯模块8与主控装置10通过串口连接，所述报警装置9安装在外壳上，所述输液容器1通过输液管依次连通茂菲氏滴管2和微型流量计4，且所述微型流量计4位于输液管末端，所述对射式槽型红外光电装置5固定在茂菲氏滴管2上，且茂菲氏滴管2位于对射式槽型红外光电装置3的凹槽内，所述输液容器1倒置夹持在输液容器夹持装置5内，所述步进电机推杆6的输出端与所述输液容器夹持装置5连接，所述步进电机驱动器7与所述步进电机推杆6驱动连接，所述主控装置10分别与报警装置9、步进电机驱动器7和液晶显示器11控制连接，所述微型流量计4和对射式槽型红外光电装置3分别与主控装置10数据传输连接，所述无线通讯模块8与所述主控装置10连接，用于连接外接的无线输入设备，控制主控装置10运作，设定参数。本实用新型中，报警装置9可以为喇叭、蜂鸣器报警或者led灯显示中的一种或者多种，均设置外壳上，外壳的形状可以根据实际需求进行设计，故而图中未画出具体的外壳形状。

优选地，所述对射式槽型红外光电装置3包括红外发射二极管和光敏三极管，所述红外发射二极管和光敏三极管分别安装在对射式槽型红外光电装置中凹槽的两端，所述茂菲氏滴管固定安装在凹槽内，且所述凹槽的槽距范围在0.5cm-2cm。本实用新型中，所述对射式槽型红外光电装置的光线路径即为茂菲氏滴管直径所在位置。

优选地，所述微型流量计4为微小椭圆齿轮流量计，其量程范围为0.5ml/min-150ml/min。

优选地，所述液晶显示器11为分辨率320*240的液晶显示器，所述无线通讯模块8为esp8266wifi模块或蓝牙模块。

优选地，所述输液容器夹持装置5包括两块夹持板5-1、挤压弹簧杆5-2和滑动板5-3，所述两块夹持板5-1平行设置，所述滑动板5-3滑动连接在两块夹持板5-1之间，且位于夹持板5-1上端，所述挤压弹簧杆5-2竖直安装，且一端固定在滑动板5-3底面上，另一端与输液容器接触；所述滑动板5-3顶面与所述步进电机推杆6的输出端连接。

优选地，所述输液容器1为输液塑料瓶或者输液袋。

优选地，所述主控装置10为stm32f103c8t6微处理器，所述stm32f103c8t6微处理器上设有步进电机驱动器接口、报警装置接口、对射式槽型红外光电装置反馈数据接口、微型流量计反馈数据接口和液晶显示器接口，且各接口通过软排线或者杜邦线分别与步进电机驱动器、报警装置、对射式槽型红外光电装置、微型流量计和液晶显示器对应连接。

如图4-8所示，为stm32f103c8t6微处理器中的各电路原理图，stm32f103c8t6微处理器中包括基本的主控电路、降压电路、时钟电路、复位电路和去耦电路，上述电路及连接关系均属于常规技术手段，故而未加详述。

本实用新型的工作流程如下：

如图2所示，装置开启，主控装置10运作，首先由主控装置10带动系统初始化，自动从主控装置10中载入上次用户设定的参数，用户可通过主控装置10的按键或由无线通讯模块8通过外接无线输入设备调整参数，并将调整参数更新到主控装置10中。参数（流速）设定完成后，通过主控装置的按键或者由无线通讯模块8通过外接无线输入设备启动步进电机驱动器7，由步进电机驱动器7驱动步进电机推杆6实现输液过程。针对用户设定的速度，主控装置10通过脉冲控制步进电机驱动器驱动步进电机推杆运作。当步进电机运行时，输液容器夹持装置5在步进电机推杆6的作用下不断挤压输液容器1，从而为输液提供动力。同时，微型流量计4对输液管内的流速进行测量，当流速大于微型流量计所能测得的最小流速时，则微型流量计有有效数据反馈，并记录当时流速；若当前流速低于微型流量计所能测得的最小流速时，此时需判定微型流量计测得的数据是否可靠，通过对射式槽型红外光电装置3对茂菲氏滴管2进行液滴计数，并将测得的信息反馈至主控装置10，由主控装置10根据一段时间内计得的药液滴数计算出当前流速，将此流速与微型流量计4测得的流速进行有效性判别，选择出有效数据作为当前流速。之后将获取的流速值与用户设定的流速值通过常规反馈算法进行运算，更新反馈参数，主控装置10根据反馈参数通过步进电机驱动器7对步进电机推杆6的速度进行调整，进而实现对于流速的精准控制。

本实用新型的对射式槽型红外光电装置为红外发射二极管和光敏三极管的组合，槽距可以在0.5cm至2cm间进行调整，对射式槽型红外光电装置3固定于茂菲氏滴管2上，通过电路设计，如图3所示，当三极管的pn结接收的光强发生变化，引起阻值变化、进而引起发射级电压的变化，在经过比较器判断后输出正脉冲实现计数。当装置运行时，对射式槽型红外光电装置对茂菲氏滴管进行液滴计数，电路原理图如图3所示。经过测试统计，每个液滴量近似为10ul，当有液滴从对射式槽型红外光电装置3间穿过，光敏三极管接收到的光强发生变化，引起阻值的变化，从而光敏三极管的发射级电压发生变化。经带入电路测试得，无色透明液体穿过中心，发射级电压下降约为100毫伏，光敏三极管发射级接入比较器的反相输入端，比较器的同相输入端电压作为参考电压阈值，其电压值可通过精密电位器进行调整，该电位器置于机械结构内可由专业人员进行调整。当一个液滴滴落，经过比较器产生一个脉冲信号，可由主控装置进行计数，经过一段时间即可计算出当前流速。经测试，一分钟能够有效计数的液滴滴数约为150滴，当流速超过1.5ml/min时，通过对射式槽型红外光电装置3对流行测量无法实现。此时高精度的微型流量计4测得的流速为有效，比如微小椭圆齿轮流量计，其能够测得的最小流速为0.5ml/min，故此时流速可由微型流量计直接测得。上述对射式槽型红外光电装置的检测原理均属于公知常识。

与传统滴管不同，本实用新型中的茂菲氏滴管2的滴口的材料为金属不锈钢针头，且滴口外径减小为0.4mm，保证材料不与药物发生反应，并且能够进一步减小液体与材料间的表面张力。但在使用规格较小的针头情况下，仅依靠重力药物难以自然滴落，故使用输液容器夹持装置为输液提供外界压力。输液容器夹持装置5一端用于固定输液容器，另一端与步进电机推杆6相连，当步进电机推杆6运行时，能够不断挤压输液容器1，为输液提供动力，并且通过对步进电机推杆6的速度的精准控制，实现对于流速的调控。

综合以上所述，本方案通过微型流量计4对流速进行测量，当流速大于微型流量计所能测得的最小流速时，微型流量计4有有效数据返回，主控装置记录其为有效流速。若当前流速低于微型流量计所能测得的最小流速，此时需经过主控装置10判定微型流量计测得数据不可靠，以防止低流量时微流量计误差带来的干扰以及错误。通过对射式槽型红外光电装置对茂菲氏滴管进行液滴计数，根据一段时间内计得的药液滴数计算出当前流速，将此流速与微型流量计测得的流速进行有效性判别，判别依据应为当液滴计数计算出的流速小于微流量计所能测得的最小流速时，选择液滴计数计算出的流速作为当前有效流速。流速若大于当前用户设定的速度，根据误差的大小，主控装置通过pid算法控制步进电机减小转速，从而减小流速；流速若小于当前设定，通过同样的算法实现参数调整，增大流速。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。