带时间显示功能的输液报警器及其程序控制方法
【专利摘要】本发明是一种带时间显示功能的输液报警器及其程序控制方法，采用两节5号干电池供电，无需外接电源，将报警器上端悬挂于输液架上，下端悬挂药瓶，便可方便使用。此种输液报警器在病人进行点滴输液时，通过数码管实时显示输液剩余时间，并在药液即将流完时提供蜂鸣器报警。本发明采用STC12单片机为主控芯片，通过拉力传感器获取药瓶质量，经过数据转换、处理、无效数据滤除后，获取有效的数据信息。单片机根据药瓶的质量变化计算药液流速，进而计算处输液的剩余时间。
【专利说明】
带时间显示功能的输液报警器及其程序控制方法
技术领域
[0001]本发明具体涉及一种基于单片机控制的医用输液报警器及其程序控制方法，属于医疗设备技术领域。
【背景技术】
[0002]点滴输液具有给药直接、起效快和适用病症种类多等优势，已成为医疗上的主要治疗手段之一。现如今我国年输液总量已达百亿瓶以上，随着人口老龄化等问题的加重，国内对输液的需求量还会持续增加，随之，对点滴输液相关器械、设备的优化升级也变得越来越有必要。
[0003]现在病人输液，特别是老年病人输液时，往往需要子女亲朋在一旁陪同，实时关注吊瓶中的药液剩余量，以便提醒护士更换药瓶。众所周知，点滴输液速度慢、时间长，依靠人工观测，是对人力的极大浪费。而且，一旦人为疏忽，造成点滴结束后未能及时更换，可能会对医疗过程带来极大的不便。所以，发明一款可以实时显示输液剩余时间，并能在药液即将滴完时提供报警的输液辅助设备便变得极为必要。现在有许多输液报警器设计成本高、占用空间大、安装和使用较为复杂，不利于大范围推广。
【发明内容】
[0004]鉴于现有技术的缺陷，本发明旨在设计一款成本低、稳定性好、环境适应能力强、使用简单、报警时间人性可调的悬挂式输液报警器及其程序控制方法。
[0005]为达到上述目的，本发明的技术方案为带时间显示功能的输液报警器，其包括主控模块、电源模块、传感器模块、显示模块、报警模块、按键模块和记忆存储模块，通过传感器模块实时获取药瓶质量，主控模块滤除无效数据后，根据吊瓶的质量变化计算药液流速，进而计算输液的剩余时间；主控模块是由STC12C5A60S2单片机及其基本外围电路组成，使用11.0592Mhz频率的外部晶振，通过GP1 口实现与其他模块的信息交互。
[000?] 所述电源模块由两节5号干电池、MCC6288升压电路和电源开关三部分组成，输出稳定的5V电压，为单片机和传感器模块供电。
[0007]所述传感器模块由3kg量程的拉力传感器和HX711调理电路组成，通过I2C总线向单片机输入与质量线性相关的电压值。
[0008]所述显示模块由四位时间显示数码管和74HC573锁存器组成，与单片机PO 口相连，实现时间显不功能；
所述报警模块由蜂鸣器电路构成，当输液剩余时间低于设定值时，实现5秒钟蜂鸣器报馨.1=I ，
所述按键模块由三个独立按键组成，分别为“设置”、“+”、，可实现报警时间和空瓶质量值的设置和修改；
所述记忆存储模块由24C02存储芯片构成，可实现对设置的报警时间和空瓶质量的记忆和存储，保证断电后不丢失。[0009 ]带时间显示功能的输液报警器的程序控制方法，其包括以下步骤:
(1)上电后首先判断挂载质量，若质量>20g，则进入工作状态，若质量<20g，则处于等待状态;在等待状态下，长按“设置”键大于I秒，实现在“等待”、“设置空瓶质量”和“设置报警时间”三种状态下循环切换；
(2)当设置空瓶质量时，按键可实现0.5g的跳变，空瓶质量范围为O?1g;当设置报警时间时，按键实现Imin的跳变，报警时间范围为O?1min;处于设置状态下，修改后的值会自动保存入存储芯片中，下次开机后系统将以此为工作标准；
(3)进入工作状态后，单片机首先读取存储芯片中存储的空瓶质量和报警时间信息，存入变量中；
(4)以500ms为间隔，连续获取20次质量，并将质量值存入数组Weight[20];判断此组数据是否有效，判断方法为:将数组Weight[20]由小到大排列，取最大值Weight[19]减最小值Weight[0]，若两数之差小于5g，则此组数据有效，否则数据无效，舍去；
(5)取Weight [ 5 > Weight [ 14 ]十个数，求平均值，作为此组数据的平均值;若此组的平均值小于上一组的平均值，且两个平均值的差值小于5g，则此平均值有效，否则数据无效j舍去;
(6)取两个时间间隔刚好大于等于30s的有效平均值，根据公式:流速=(有效平均值1-有效平均值2)/10*N，其中N彡3，计算流速；
(7)根据公式:时间=(质量-空瓶质量)/流速，计算剩余时间；
(8)剩余时间通过数码管以“小时:分钟”的形式显示，并通过定时器中断实现倒计时功能;若流速发生改变时，新计算出的时间与显示时间差值大于120s，则修改显示时间；
(9)若剩余时间<报警时间时，启动5秒钟的蜂鸣器报警。
[0010]本发明主要完成以下技术指标:
(1)采用集成电路，体型小，稳定性高；
(2)软件设计对数据进行多层处理，抗干扰能力强；
(3)可实现输液剩余时间的显示，且流速变化时，能自动完成时间修正；
(4)报警时间、空瓶质量可根据个人需要设置；
(5)采用干电池供电，携带方便；
本发明的有益效果:系统相对独立，体型小巧，可在原有设备基础上直接使用，适应环境能力强。本发明操作简单方便，可适合非医疗专业人群使用。本发明在保证药液即将滴完时提供蜂鸣器报警的同时，实现了对输液剩余时间实时显示的功能，这极大的解决了输液人员和护理人员需时常关注药瓶的麻烦。而且，本发明添加了报警时间可调和空瓶质量可调，使此输液报警器既能满足个人更换药瓶习惯的需要，也能适用玻璃瓶、塑料瓶和输液袋等多种输液药瓶和大、中、小瓶等多种型号。
【附图说明】
[0011 ]图1是封装后的实物效果图；
图2是系统结构框图；
图3是设置状态下的程序流程图；
图4是工作状态下的程序流程图； 图中:1、蜂鸣器，2、电源指示灯，3、电源，4、时间显示屏。
【具体实施方式】
[0012]本发明主要由主控模块、电源模块、传感器模块、显示模块、报警模块、按键模块和记忆存储模块组成，通过传感器模块实时获取药瓶质量，主控单片机滤除无效数据后，根据吊瓶的质量变化计算药液流速，进而计算输液的剩余时间。
[0013]主控模块是由STC12C5A60S2单片机及其基本外围电路组成，使用11.0592Mhz频率的外部晶振，通过GP1 口实现与其他模块的信息交互；
电源模块由两节5号干电池、MCC6288升压电路和电源开关三部分组成，可输出稳定的5V电压，为单片机和传感器等供电；
传感器模块由3kg量程的拉力传感器和HX711调理电路组成，通过12C总线向单片机输入与质量线性相关的电压值；
显示模块由四位时间显示数码管和74HC573锁存器组成，与单片机PO 口相连，实现时间显示功能；
报警模块由蜂鸣器电路构成，当输液剩余时间低于设定值时，实现5秒钟蜂鸣器报警；按键模块由三个独立按键组成，分别为“设置”、“+”、，可实现报警时间和空瓶质量值的设置和修改；
记忆存储模块由24C02存储芯片构成，可实现对设置的报警时间和空瓶质量的记忆和存储，保证断电后不丢失。
[0014]本发明的程序控制逻辑为:
(1)上电后首先判断挂载质量，若质量>20g，则进入工作状态，若质量<20g，则处于等待状态。在等待状态下，长按“设置”键大于I秒，可实现在“等待”、“设置空瓶质量”和“设置报警时间”三种状态下循环切换；
(2)当设置空瓶质量时，按键可实现0.5g的跳变，空瓶质量范围为O?10g。当设置报警时间时，按键可实现Imin的跳变，报警时间范围为O?lOmin。处于设置状态下，修改后的值会自动保存入24C02中，下次开机后系统将以此为工作标准；
(3)进入工作状态后，单片机首先读取24C02中存储的空瓶质量和报警时间等信息，存入变量中；
(4)以500ms为间隔，连续获取20次质量，并将质量值存入数组Weight[20]。判断此组数据是否有效，判断方法为:将数组Weight[20]由小到大排列，取最大值Weight[19]减最小值Weight[0]，若两数之差小于5g，则此组数据有效，否则数据无效，舍去；
(5)取Weight [ 5 > Weight [ 14 ]十个数，求平均值，作为此组数据的平均值。若此组的平均值小于上一组的平均值，且两个平均值的差值小于5g，则此平均值有效，否则数据无效j舍去;
(6)取两个时间间隔刚好大于等于30s的有效平均值，根据公式:流速=(有效平均值1-有效平均值2)/10*N，其中N彡3，计算流速；
(7)根据公式:时间=(质量-空瓶质量)/流速，计算剩余时间；
(8)剩余时间通过数码管以“小时:分钟”的形式显示，并通过定时器中断实现倒计时功能。若流速发生改变时，新计算出的时间与显示时间差值大于120s，则修改显示时间； (9)若剩余时间<报警时间时，启动5秒钟的蜂鸣器报警。
[0015]输液报警器采用低功耗集成电路，耗电量低，而且系统采用5号干电池供电，电池易购买，更换方便，避免了安装时需布线的麻烦。悬挂式输液报警器两端都带有挂钩，可直接悬挂在原有的吊瓶支架上，将吊瓶挂于输液报警器下端，便可实现对药液量的监测，使用完后也可方便取下。此种设计即省去了安装成本，又可适应各种输液环境，大型医院、门诊或家中都可使用。
【主权项】
1.带时间显示功能的输液报警器，其特征在于:包括主控模块、电源模块、传感器模块、显示模块、报警模块、按键模块和记忆存储模块，通过传感器模块获取药瓶质量，主控模块滤除无效数据后，根据吊瓶的质量变化计算药液流速，进而计算输液的剩余时间；主控模块是由单片机及其基本外围电路组成，使用11.0592Mhz频率的外部晶振，通过GP1 口实现与其他模块的信息交互。2.根据权利要求1所述的带时间显示功能的输液报警器，其特征在于:所述电源模块由两节5号干电池、升压电路和电源开关三部分组成，输出稳定的5V电压，为单片机和传感器模块供电。3.根据权利要求1所述的带时间显示功能的输液报警器，其特征在于:所述传感器模块由3kg量程的拉力传感器和调理电路组成，通过I2C总线向单片机输入与质量线性相关的电压值。4.根据权利要求1所述的带时间显示功能的输液报警器，其特征在于:所述显示模块由四位时间显示数码管和锁存器组成，与单片机PO 口相连，实现时间显示功能。5.根据权利要求1所述的带时间显示功能的输液报警器，其特征在于:所述报警模块由蜂鸣器电路构成，当输液剩余时间低于设定值时，实现5秒钟蜂鸣器报警。6.根据权利要求1所述的带时间显示功能的输液报警器，其特征在于:所述按键模块由三个独立按键组成，分别为“设置”、“+”、，可实现报警时间和空瓶质量值的设置和修改。7.根据权利要求1所述的带时间显示功能的输液报警器，其特征在于:所述记忆存储模块由存储芯片构成，可实现对设置的报警时间和空瓶质量的记忆和存储，保证断电后不丢失。8.带时间显示功能的输液报警器的程序控制方法，其特征在于: (1)上电后首先判断挂载质量，若质量>20g，则进入工作状态，若质量<20g，则处于等待状态;在等待状态下，长按“设置”键大于I秒，实现在“等待”、“设置空瓶质量”和“设置报警时间”三种状态下循环切换； (2)当设置空瓶质量时，按键可实现0.5g的跳变，空瓶质量范围为O?1g;当设置报警时间时，按键实现Imin的跳变，报警时间范围为O?1min;处于设置状态下，修改后的值会自动保存入存储芯片中，下次开机后系统将以此为工作标准； (3)进入工作状态后，单片机首先读取存储芯片中存储的空瓶质量和报警时间信息，存入变量中； (4)以500ms为间隔，连续获取20次质量，并将质量值存入数组Weight[20]；判断此组数据是否有效，判断方法为:将数组Weight[20]由小到大排列，取最大值Weight[19]减最小值Weight[0]，若两数之差小于5g，则此组数据有效，否则数据无效，舍去； (5)取Weight[5> Weight[ 14]十个数，求平均值，作为此组数据的平均值;若此组的平均值小于上一组的平均值，且两个平均值的差值小于5g，则此平均值有效，否则数据无效j舍去; (6)取两个时间间隔刚好大于等于30s的有效平均值，根据公式:流速=(有效平均值1-有效平均值2)/10*N，其中N彡3，计算流速； (7)根据公式:时间=(质量-空瓶质量)/流速，计算剩余时间； (8)剩余时间通过数码管以“小时:分钟”的形式显示，并通过定时器中断实现倒计时功能;若流速发生改变时，新计算出的时间与显示时间差值大于120s，则修改显示时间； (9)若剩余时间《报警时间时，启动5秒钟的蜂鸣器报警。
【文档编号】A61M5/168GK106075649SQ201610350994
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】孟光磊, 潘海兵
【申请人】沈阳航空航天大学