专利名称：电脑控制精密微量输液仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种配有单片微处理机、电子线路、机械机构及注射针管进行液体微流量控制的仪器，属于电子测量仪器类。
目前使用的微量输液仪通常采用的只是电子线路与机械机构相配合的方式，使针管使用规格和压力测量门限值都是固定不能变动的，若要更换其它规格的针管或受液体密度影响需调整压力门限值时，就必须对电路参数和机械结构进行更改，很不方便。并且这种输液仪为开环速率控制，受器件、材料、环境影响长时间稳定工作和精度控制很难保证。在进行监护报警时还需要附加设备，使应用受到限制。
本实用新型的目的在于避免现有技术的上述不足之处而提供一种配有单片微处理机使电子、机械、计算机技术合为一体的精密微量输液仪。用该输液仪进行微流量输液，扩大了使用针管的规格范围，增强了对液体密度变化的适应性，提高了长时间工作的稳定性和控制精度。
本实用新型的任务是由以下措施来完成的本装置由微处理机(1)；键盘显示控制电路(2)；功率放大电路(3)；步进电机(4)；机械传动机构(5)；注射针管(6)；速率检测器(7)；压力检测器(8)；监护输出器(9)所组成，见
图1。它的单片微处理机(1)采用MCS－8031单片微处理器，单片微处理机(1)的输入输出端口P1与键盘显示控制电路(2)线路连接，直接提取键盘输入的针管容积C，有效长度B，输液速率A和操作信号；单片微处理机的输入输出端口P2与功率放大电路(3)的输入端线路连接，功率放大电路的输出端与步进电机(4)的输入端缆线连接，步进电机的输出转轴和机械传动机构(5)之间采用齿轮啮合连接，机械传动机构的顶杆(15)与注射针管(6)采用卡扣连接，单片微处理机直接输出三项步进信号驱动步进电机推动针管进行微量输液，步进速率Z按以下公式给出Z＝K×A×B÷C，Z为驱动步进电机的步进速率，单位为步／小时，K为系统固定参数，单位为步／毫米，A为键盘设定的输液速率，单位为毫升／小时，B为键盘置入的针管有效长度，单位为毫米，C为键盘置入的针管容积，单位为毫升，使针管规格变换后也都能准确输液；单片微处理机的输入输出端口P3与速率检测器(7)的输出端线路连接，实时检测速率信号，单片微处理机的输入输出端口P4与压力检测器(8)的输出端Y1线路连接，实时检测输液阻力信号；单片微处理机的输入输出端口P5与压力检测器的控制端Y2线路连接，实时检测输液阻力信号；单片微处理机的输入输出端口P6与监护输出器(9)的输入端连接，直接输出报警监护信号。通过单片微处理机软件编程的方法对各个信号进行时实采集、数据处理、误差校正、输出控制，驱动步进电机带动机械传动机构去推动针管进行输液，同时进行各种数据、状态显示和报警指示，流程图见图5。从而实现了变换针管规格时不需要进行改变电路参数和机械结构的复杂工作，只通过键盘操作就可以按照设定速率准确输液。并且可通过键盘灵活调整压力测量门限值，使之既能保证对不同密度液体输液的正常进行，又使压力报警灵敏度高。
本装置的速率检测器是起对输液速率进行动态测量功能。它是在机械传动机构的丝扛(10)上安装一个光电码盘(12)，光电码盘圆周上的60个小孔(14)将光电码盘的圆周角均匀地分成60份，当丝扛按一定速率转动时带码盘也转动，小孔则按相应速率感应光电感应头(13)，见图2，使光电感应头发光间断电信号并传送到单片微处理机的输入输出端口P3上，由单片微处理机软件编程对该信号的周期进行判断、误差校正，从而实现反馈闭环的控制，提高了仪器的控制精度。
本装置的压力检测器是起在输液过程中对输液阻力进行测量，过压力报警的功能。它是由压力传感器(17)，放大电路(18)，门限控制电路(19)所组成，见图3。压力传感器由四个电阻应变片r1、r2、r3、r4组成，放大电路由运算放大器I1，电位器W1，电阻R1、R2、R3构成，门限控制电路由运算放大器I2、模拟开关I3、记数器I4、电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9构成，电路连接形式见图3。运算放大器I1，I2选用LM324，模拟开关I3选用CD4066，记数器I4选用74LS93，E1为压力传感器的电源，E2为放大电路和门限控制电路的供电电源。当输液阻力发生变化时，压力传感器输出信号经放大电路放大后送入门限控制电路I2的反相输入端，该信号与I2同相输入端的基准门限信号进行比较来确定I2输出端即压力检测器输出端Y1的输出状态，并传送进单片微处理机P4端口，供单片微处理机进行判断处理。键盘操作单片微处理机由P5端口发出记数信号送入记数器I4的记数端即压力检测器的控制端Y2，记数信号控制I4去切换模拟开关I3中的各个开关，使电阻R7、R8、R9可分别与R6进行并联改变等效阻值，从而改变了I2同相输入端的基准门限信号值，实现调整压力测量门限的作用。
本装置的监护输出器是起把输液过程出现的故障状态通知监护人员的功能。它是由一个继电器电路构成，继电器的常闭结点(20)通过接插件(21)与病房内的呼叫开关(22)相并联。见图4。当输液仪正常工作时，常闭点断开，当输液报警或输液仪掉电时，常闭点闭合，接通病房内呼叫系统。这种连接方法可同时完成各种输液状态的故障报警和仪器断电报警，并且很方便地与一般病房内的呼叫系统相连接，不需要任何附加设备。
本装置的功率放大电路(3)将单片微处理机由端口P2输出的三项步进控制信号进行放大后去驱动步进电机(4)转动，步进电机与机械传动机构(5)的齿轮减速箱(16)用齿轮啮合方式连接，机械传动的丝杠丝母的啮合作用将电机的旋转运动变换为丝母的低速率平移运动，丝母带动与它连接在一起的顶杆(15)平移运动，和顶杆以卡扣连接的注射针管(6)，在顶杆的推动下进行注射输液。
图1整机系统连接方框
图1.微处理机，2.键盘显示控制电路，3.功率放大电路，4.步进电机，5.机械传动机构，6.注射针管，7.速率检测器，8.压力检测器，9.监护输出器。
图2机械传动机构示意
图10.丝杠，11.丝母，12.光电码盘，13.光电感应头，14.小孔，15.顶杆，16.减速齿轮箱，17.压力传感器。
图3压力检测器原理
图17.压力传感器，18.放大电路，19.门限控制电路，1.微处理机。
图4监护输出连接图20.继电器常闭结点，21.接插件，22.病房内呼叫开关，23.传输线路，24.值班监护台。
图5整机系统程序流程图以下给出该电脑控制精密微量输液仪的一个具体实施例该电脑控制精密微量输液仪是由单片微处理机、键盘显示控制电路、功率放大电路、步进电机、机械传动机构、注射针管、速率检测器、压力检测器、监护输出器所组成。单片微处理机各个输入输出端口通过线路分别与键盘显示控制电路、功率放大电路的输入端、速率检测器的输出端、压力检测器的输出端和控制端、监护输出器的输入端相连接，功率放大电路的输出通过电缆线与步进电机输入端相连接，步进电机的转轴通过齿轮啮合与机械传动机构相连接，机械传动机构采用齿轮减速箱和丝杠丝母结构，步进电机转动带动丝杠转动，丝杠转动带动丝母和与丝母固定在一起的顶杆平行移动，顶杆卡扣着注射针管并推动针管进行微量输送液体。速率检测器的光电码盘安装在丝杠上与丝杠同步转动，光电感应头的输出端通过电缆线连接到单片微处理机的输入输出端口上，压力检测器安装在顶杆上，监护输出器的输出端口通过接插件与病房内的呼叫开关相并联。
本装置的单片微处理机通过软件编程将键盘置入的各种信息(包括设定的输液速率值按每小时99.9毫升～每小时0.1毫升，使用针管的容积和有效长度及各种操作命令)进行处理、数值计算得到相应的步进速率数值，输出送给功率放大电路进行放大去驱动步进电机按相应的速率转动，同时输出数值显示，状态指示等信号。在输液过程中，时实采集由速率检测器反馈回的转动速率信号，进行误差校正以保证输液速率的精度。在更换不同规格的针管时，通过键盘置入该针管的容积和有效长度数值，该仪器自动调整步进速率使输液速率准确无误。输液过程中还时实采集由压力检测器的输出信号，当输液阻力过大或输液完毕时，单片微处理机发出报警信号驱动灯光和蜂鸣器发出报警信号并启动监护输出器发出监护通知信号，该信号通过接插件连通病房内的呼叫系统通知值班监护台。对于液体密度对输液阻力的影响，本装置可以通过键盘对压力报警门限值进行调整。
本仪器以单片微计算机为控制核心，机电配合，采取多种技术手段，提高了微流量输液的精度和应用范围。本仪器不仅是医务部门对病人进行特种药物微量注射输液的理想设备，同时也可用于化工、医药和研究部门进行液体微流量的控制。
权利要求1.一种电脑控制精密微量输液仪，由单片微处理机(1)、键盘显示控制电路(2)、功率放大电路(3)、步进电机(4)、机械传动机构(5)、注射针管(6)、速率检测器(7)、压力检测器(8)、监护输出器(9)所组成，其特征在于单片微处理机(1)的输入输出端口P1与键盘显示控制电路(2)线路连接，直接提取键盘输入的针管容积C，有效长度B，输液速率A和操作信号；单片微处理机的输入输出端口P2与功率放大电路(3)的输入端线路连接，功率放大电路的输出端与步进电机(4)的输入端缆线连接，步进电机的输出转轴和机械传动机构(5)之间用齿轮啮合连接，机械传动机构的顶杆(15)与注射针管(6)采用卡扣连接，单片微处理机直接输出三项步进信号驱动步进电机推动针管进行微量输液，步进速率Z按以下公式给出Z=K×A×B÷C，Z为驱动步进电机的步进速率，单位为步/小时，K为系统固定参数，单位为步/毫米，A为键盘设定的输液速率，单位为毫升/小时，B为键盘置入的针管有效长度，单位为毫米，C为键盘置入的针管容积，单位为毫升，使针管规格变换后也都能准确输液；单片微处理机的输入输出端口P3与速率检测器(7)的输出端线路连接，实时检测速率信号；单片微处理机的输入输出端口P4与压力检测器(8)的输出端Y1线路连接，实时检测输液阻力信号；单片微处理机的输入输出端口P5与压力检测器的控制端Y2线路连接，实时检测输液阻力信号；单片微处理机的输入输出端口P6与监护输出器(9)的输入端连接，直接输出报警监护信号。
2.按权利要求1所述的电脑控制精密微量输液仪，其特征是速率检测器(7)是由光电码盘(12)和光电感应头(13)所组成，光电码盘(12)与丝杠(10)沿轴心方向同圆心地巩固在一起，由光电感应头(13)的输出端连接到单片微处理机(1)的输入输出端口P3上。
3.按照权利要求1所述的电脑控制精密微量输液仪，其特征是监护输出器(9)是由一个继电器常闭结点(20)、接插件(21)所组成，它的继电器常闭结点的两端通过线路连接到插件的两端上，接插件的另外两端与病房内呼叫开关(22)的两端并联连接在一起。
专利摘要本实用新型是一种配有单片微处理机，电子线路，机械机构及注射针管进行液体微流量控制的仪器，属于电子测量仪器类。该控制仪器是由单片微处理机、键盘显示控制电路、机械驱动机构、速率检测器、压力检测器、报警监护器和注射针管所组成，它操作方便，控制精度高，连续工作可靠，报警灵敏，监护方式多样，适用于化工医药部门对液体流量进行微量控制，尤其是医务部门对病人进行特殊药物连续微量注射输液的工作。
文档编号A61M5/168GK2086148SQ9120034
公开日1991年10月9日 申请日期1991年1月12日 优先权日1991年1月12日
发明者王涛, 李德华 申请人:北京琉璃河新叶精密仪器厂