输液泵滴速监测系统的制作方法

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种输液泵滴速监测系统。

背景技术：

在医疗技术飞速发展的今天，输液泵和输液控制器的使用越来越广泛。它以其将少量液体和药物精确、恒量、恒速、持续泵入人体内的特点，成为手术及icu治疗中的常规设备。安全问题是所有医疗设备都需要解决的基本问题，同时也是法规的一个强制要求。输液泵和输液控制器除了需符合医疗设备的通用安全要求外，同时要满足其安全专用标准的要求。如果产品设计的安全性得不到必要的保障，那会给用户的使用带来巨大的安全隐患，严重的直接影响到产品的注册。因此产品设计的安全性是衡量产品能否在市场上取得成功的一个核心技术和设计指标。

市场上现有输液泵虽然含有滴速监测功能，但在抗干扰性方面存在不足。例如，当茂菲氏管管壁上存在水汽时，输液泵滴速监测系统就不能有效的识别实际的液滴。在实际使用时，存在传感器倾斜的情形，此时有些输液泵滴速监测系统就不能检测到液滴，在输液安全性和可靠性上就有所欠缺。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种输液泵滴速监测系统，以解决现有技术中当茂菲氏管管壁上存在水汽时，输液泵滴速监测系统就不能有效的识别实际液滴的问题。

本发明实施例提供了一种输液泵滴速监测系统，包括：

传感器检测模块，设置在茂菲式管的外壁上；

信号处理模块，其输入端与传感器检测模块的输出端连接；

微控制器，其第一i/o接口与信号处理模块的输出端连接；

电源模块，分别与传感器检测模块、信号处理模块和微控制器连接；

其中，传感器检测模块包括至少两个发光二极管和至少两个光敏三极管；至少两个发光二极管与至少两个光敏三极管相对设置在茂菲式管的外壁两侧；

信号处理模块包括电压比较器、第一电容、第一直流电源和滤波单元；第一电容的一端与至少两个光敏三极管的集电极连接，第一电容的另一端与电压比较器的反相输入端连接；电压比较器的同相输入端与第一直流电源连接，电压比较器的输出端与滤波单元的输入端连接，滤波单元的输出端与微控制器的第一i/o接口连接。

可选地，还包括：声光报警模块，其输入端与微控制器的第二i/o接口连接。

可选地，微控制器为stm32f100zct6b。

可选地，滤波单元包括ne555dr时基电路、第一电阻、第二直流电源和第二电容，其中：

ne555dr时基电路的trig引脚与电压比较器的输出端连接；ne555dr时基电路的out引脚与微控制器的第一i/o接口连接；

第一电阻的一端与ne555dr时基电路的reset引脚、及vcc引脚以及第二直流电源的输出端连接，第一电阻的另一端与ne555dr时基电路的disch引脚连接；第二电容的一端与ne555dr时基电路的gnd引脚连接，第二电容的另一端与ne555dr时基电路的disch引脚以及thres引脚连接。

可选地，电压比较器为电压比较器u1。

可选地，还包括：第二电阻，第三电阻，第四电阻，第五电阻，第三直流电源，第四直流电源，第三电容，其中：

第二电阻的一端与第一直流电源的输出端连接，第二电阻的另一端与电压比较器的同相输入端连接；

第三电阻的一端接在第二电阻的另一端和电压比较器的同相输入端之间，第三电阻的另一端接地；

第四电阻的一端接在第一电容的另一端和电压比较器的反相输入端之间，第四电阻的另一端接地；

第五电阻的一端与电压比较器的输出端连接，第五电阻的另一端与第三直流电源的输出端连接；

第三电容的一端与电压比较器的电源端连接，第三电容的另一端接地；电压比较器的电源端还与第四直流电源的输出端连接。

可选地，还包括：第四电容和第六电阻，其中，

第四电容的一端与ne555dr时基电路的cont引脚连接，第四电容的另一端接地；

第六电阻接在ne555dr时基电路的out引脚和微控制器的第一i/o接口之间。

可选地，至少两个发光二极管并联，且至少两个发光二极管并联的一端与第一5v电源通过第七电阻连接，至少两个发光二极管的另一端接地；

至少两个光敏三极管并联，且至少两个光敏三极管的集电极与第二5v电源通过第八电阻连接，至少两个光敏三极管的发射极接地。

本发明的有益效果：

1、通过本发明实施例中的电路设计，使得输液泵在输液过程中能够实时监测药液滴速，保证输液安全性；本监测系统本身具有一定抗干扰性，能够保证监测的准确性。本发明实施例通过电路上的设计增加了监测的角度，在正常使用情况下的传感器倾斜，仍然能够检测到液滴。

2、报警单元由声光报警电路构成，当微控制器监测到滴速异常时，例如，设置正常滴速范围为每分钟50滴，当滴速超出该范围的5%时，微控制器控制报警单元触发声光报警，保证安全。

3、由于液滴穿过光电传感器是一个运动过程，在此过程中，由于液滴的形状，红外光被液滴阻挡的强度发生变化，引起信号的抖动，造成错误计数，因此采用滤波去抖电路滤除这些抖动信号引起的错误计数，再将滤除抖动部分信号通过第一i/o接口发送至微控制器，使液滴计数更准确。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明实施例中一种输液泵滴速监测系统的结构图；

图2为本发明实施例中另一种输液泵滴速监测系统的结构图；

图3为本发明实施例中另一种输液泵滴速监测系统的传感器检测模块的电路图；

图4为本发明实施例中另一种输液泵滴速监测系统的信号处理模块的电路图；

图5为本发明实施例中另一种输液泵滴速监测系统的滤波去抖电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种输液泵滴速监测系统，如图1至图4所示，包括：传感器检测模块1，信号处理模块2，微控制器3和电源模块4，其中：传感器检测模块1设置在茂菲式管5的外壁上；信号处理模块2的输入端与传感器检测模块1的输出端连接；微控制器3的第一i/o接口与信号处理模块2的输出端连接；电源模块4分别与传感器检测模块1、信号处理模块2和微控制器3连接；其中，传感器检测模块1包括至少两个发光二极管11和至少两个光敏三极管12；至少两个发光二极管11与至少两个光敏三极管12相对设置在茂菲式管5的外壁两侧；信号处理模块2包括电压比较器u1、第一电容c1、第一直流电源vcc1和滤波单元；第一电容c1的一端与至少两个光敏三极管的集电极连接，第一电容c1的另一端与电压比较器u1的反相输入端连接；电压比较器u1的同相输入端与第一直流电源vcc1连接，电压比较器u1的输出端与滤波单元的输入端连接，滤波单元的输出端与微控制器3的第一i/o接口连接。

在本实施例中，微控制器的作用是采集信号处理模块反馈过来的数字脉冲信号；图3为传感器检测模块1的电路图，传感器检测模块主要由红外发光二极管led1a、led1b、led1c、红外光敏三极管q1a、q1b、q1c组成。无液滴落下时，光敏三级管接收到的光强较强，产生的光电流较大，drop点（集电极）处的电压值就较小；当有液滴滴落时，由于液滴的光学特性，使光束发散，投射到光敏三极管上的光照度下降，从而使光敏管产生的光电流下降，drop点处的电压值就较高。在具体实施例中，电路上采用3个红外发光二极管和3个红外光敏三极管，目的是为了增加红外光的发射和接收的覆盖范围，当传感器倾斜时，也能有效监测到液滴滴落，可以解决监测角度偏窄，传感器稍微倾斜，就无法检测到液滴的情况。

图4为信号处理模块2的电路图，光敏三极管的集电极（drop端）输出经过第一电容c1传到电压比较器u1的反相输入端。没有液滴滴落时，电压比较器u1反相输入端电平低于同相输入端，电压比较器u1输出高电平；当液滴滴落经过传感器时，drop端电平升高，高于电压比较器u1的同相输入端，电压比较器u1输出低电平。其中第一电容c1作用是可以解决茂菲氏管管壁上存在水汽时，系统不能有效识别液滴的情况。若不设置第一电容c1，光敏三极管的集电极直接接到比较器反相输入端，当管壁上粘有水汽时，管壁上的小水滴使得光束在一定程度上发散，投射到光敏三极管上的光照度有所下降，从而使光敏管产生的光电流下降，光敏三极管输出（drop端）电平就会升高，高于同相输入端，比较器就会一直输出低电平，此时有液滴滴落时，传感器就无法识别出。当第一电容c1存在于drop端和比较器电压比较器u1的反相输入端之间，管壁上粘有水汽时，由于管壁上水汽的小水珠是静止的，c1是电容，电容具有“隔直流，通交流”的作用，即使drop端电压升高，高于电压比较器u1同相输入端，由于电容隔直流的作用，电容的另一端（电压比较器u1的反相输入端）电压依然保持在零电位，比较器输出高电平；有液滴滴落经过传感器时，滴落的液滴进一步对光束散射，致drop端有个脉冲式的高电平，脉冲式高电平相对于第一电容c1就是一个交流信号，此脉冲信号通过第一电容c1传输到电压比较器u1的反相输入端，进而比较器会输出低电平信号，就可以识别出液滴。在具体实施例中，由于液滴穿过光电传感器是一个运动过程，在此过程中，由于液滴的形状，红外光被液滴阻挡的强度发生变化，引起信号的抖动，造成错误计数，因此采用滤波去抖电路滤除这些抖动信号引起的错误计数，再将滤除抖动部分信号通过第一i/o接口发送至微控制器，使液滴计数更准确。

通过本实施例中的电路设计，使得输液泵在输液过程中能够实时监测药液滴速，保证输液安全性；本监测系统本身具有一定抗干扰性，能够保证监测的准确性。本发明实施例通过电路上的设计增加了监测的角度，在正常使用情况下的传感器倾斜，仍然能够检测到液滴。

作为可选的实施方式，还包括：声光报警模块6，其输入端与微控制器的第二i/o接口连接。

在本实施例中，声光报警模块6的动作由微控制器3控制。报警单元由声光报警电路构成，当微控制器监测到滴速异常时，例如，设置正常滴速范围为每分钟50滴，当滴速超出该范围的5%时，微控制器控制报警单元触发声光报警，保证安全。

作为可选的实施方式，微控制器为stm32f100zct6b。

作为可选的实施方式，如图5所示，滤波去抖电路包括ne555dr时基电路、第一电阻ro12、第二直流电源vcc2和第二电容co11，其中：ne555dr时基电路的trig引脚与电压比较器u1的输出端连接；ne555dr时基电路的out引脚与微控制器3的第一i/o接口连接；第一电阻ro12的一端与ne555dr时基电路的reset引脚、vcc引脚以及第二直流电源vcc2的输出端连接，第一电阻ro12的另一端与ne555dr时基电路的disch引脚连接；第二电容co11的一端与ne555dr时基电路的gnd引脚连接，第二电容co11的另一端与ne555dr时基电路的disch引脚以及thres引脚连接。

在本实施例中，使用了时基集成电路ne555dr作为滤波去抖电路。滤波时间由第一电阻ro12和第二电容co11决定，时间常数s=1.1×ro12×co11，本电路中约为80毫秒。电压比较器u1输出信号经过滤波去抖电路后，信号反相，经过drop_check端传输到微控制器，微控制器对信号计数，就可实时获得液滴速度。

作为可选的实施方式，电压比较器为lm393。

作为可选的实施方式，电路具体接线图如图4所示，还包括：第二电阻ro24，第三电阻ro25，第四电阻ro28，第五电阻ro26，第三直流电源vcc3，第四直流电源vcc4，第三电容co9，其中：第二电阻ro24的一端与第一直流电源vcc1的输出端连接，第二电阻ro24的另一端与电压比较器u1的同相输入端连接；第三电阻ro25的一端接在第二电阻的另一端和电压比较器u1的同相输入端之间，第三电阻ro25的另一端接地；第四电阻ro28的一端接在第一电容c1的另一端和电压比较器u1的反相输入端之间，第四电阻ro28的另一端接地；第五电阻ro26的一端与电压比较器u1的输出端连接，第五电阻ro26的另一端与第三直流电源vcc3的输出端连接；第三电容co9的一端与电压比较器u1的电源端连接，第三电容co9的另一端接地；电压比较器u1的电源端还与第四直流电源vcc4的输出端连接。

作为可选的实施方式，还包括：第四电容co12和第六电阻rn12c，其中，第四电容co12的一端与ne555dr时基电路的cont引脚连接，第四电容的另一端接地；第六电阻rn12c接在ne555dr时基电路的out引脚和微控制器的第一i/o接口之间；ne555dr时基电路的thres引脚接地。

在本实施例中，滤波去抖电路设置在信号处理模块和微控制器之间，即，信号处理模块的输出端不与微控制器之间连接。

作为可选的实施方式，至少两个发光二极管并联，且至少两个发光二极管并联的一端与第一5v电源通过第七电阻ro13连接，至少两个发光二极管的另一端接地；至少两个光敏三极管并联，且至少两个光敏三极管的集电极与第二5v电源通过第八电阻ro14连接，至少两个光敏三极管的发射极接地。

在本实施例中，发光二极管与光敏三极管均采用由5v直流电源驱动的型号。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。