毕业设计(论文)-液体点滴液位控制电路设计及仿真.doc
《毕业设计(论文)-液体点滴液位控制电路设计及仿真.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业设计(论文)-液体点滴液位控制电路设计及仿真.doc(33页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、 摘要针对目前医疗过程中存在的问题,研制了此智能液体点滴液位控制电路。本电路由储液液面检测、电机驱动、报警显示几个模块组成,这个电路能安全可靠地在某个从站输液瓶内的药液到达一定量时,自动向主站报警,在主站处显示相应从站号,同时使电机正转或反转,以控制点滴流速。本文介绍了多种用于实现此功能的方案,最终选取了采用红外发射接收对管实现储液液面检测,采用直流电机对滴速夹松紧的控制实现对液滴速度的控制,采用辐射型网络,通过对液面达到警戒值的从站进行编码,译码,显示来实现报警显示部分。此外对电路进行了相应的直流工作点分析,瞬态分析,以更清楚地了解此电路的各项指标。实现了一个由一个主站控制多个从站的有线液体
2、点滴液位控制电路。关键词智能;红外发射接收对管;直流电机 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2课题国内外研究现状21.3 课题的发展趋势41.4 本文主要内容及组织结构4第2章 液体点滴液位控制电路设计62.1 液体点滴液位控制电路工作原理62.2 液体点滴液位控制电路设计62.2.1 储液液面检测电路设计62.2.1.1 储液液面检测电路设计方案介绍62.2.1.2 储液液面检测电路详细设计方案72.2.1.3 液面检测电路72.2.1.4 整形电路72.2.2 点滴速度控制电路设计82.2.2.1 点滴速度控制电路设计方案介绍92.2.2.2 点滴速度控制
3、电路详细设计方案92.2.3 主站、从站通信电路设计102.2.3.1 主站、从站通信电路设计方案介绍102.2.3.2 主站、从站通信电路详细设计方案102.2.3.3 编码部分112.2.3.4 显示部分112.2.3.5 CMOS电路和TTL电路的区别132.3 本章小结14第3章 液体点滴液位控制电路仿真与分析153.1 Multisim仿真环境153.1.1 Multisim的特点173.1.2 Multisim仿真实验在实验教学中的优势183.2 液体点滴液位控制电路仿真193.3 电机驱动电路仿真193.4 报警显示模块仿真203.5 本章小结21第4章 液体点滴液位控制电路分析
4、224.1 电路分析224.1.1 各种分析介绍224.1.1.1 直流工作点的分析224.1.1.2 瞬态分析224.1.1.3 交流分析224.1.1.4 扫描分析234.2 部分电路直流工作点分析234.2.1储液液面检测模块直流工作点分析234.2.2 报警显示模块直流工作点分析244.3 部分电路瞬态分析244.3.1 电机驱动电路瞬态分析244.4 部分电路直流扫描分析254.4.1储液液面检测模块直流扫描分析254.5 本章小结26结论2参考文献3致谢4附录15附录26III章及标题 第1章 绪论1.1 课题背景静脉输液是临床中一种普遍使用的治疗手段,通过大规模的调查得知,目前,
5、几乎所有的医院都没有采用输液监控系统,而是采用非常传统的靠人工控制的输液方法。医院对点滴输液装置的控制方法是:将液体容器挂在架子上由护士通过软管夹对胶管口径的压紧或放松来控制滴速。科学技术的飞速进步,推动了临床医学的巨大发展和新型技术的广泛应用,这就对医院信息化、自动化的宏伟建设提出了新的要求。尤其是在医疗监护领域,提出了多元化、信息化、个性化的医疗监护新需求。现代科技的进步和发展,为医学监护技术提供了创新的条件和新的发展空间,然而医疗监护技术和设备的发展仍然不能满足医院、病人、家庭和人身健康等各方面所提出的要求。静脉输液速度会直接对药物作用的发挥造成影响,如果速度不当可能会导致不良反应,严重
6、的甚至会危及生命安全。目前我国的大、中、小型医院及下属社区卫生院、诊所等医疗机构进行输液注射时,大都采用传统的人工监护手动控制的方法,其输液速度是护士通过调节输液器上的手动滑轮来控制。用人工控制和监视的输液速度和输液量是一个不精确的值,有经验的医护人员可以根据药剂的特性对滴速进行控制,而一般的病人却无法做到,做的不好还会有一定的危险性。输液过快,将可能会导致中毒,更严重时则会导致水肿和心力衰竭;而输液过慢则有可能发生药量不够或者无谓地延长输液时间,使治疗受到影响并给患者和医护人员的工作增加不必要的负担,医护人员必须不定时地进行巡视,浪费了人力资源,而且病人或家属在输液过程中必须注意观察输液量及
7、剩余药量,给病人和家属精神上带来了紧张和疲劳感。尤其是在对危重病人进行治疗时,需要长时间的输液,常常在夜间也不能间断,这样,护理人员就得不到休息,由于看护者的疲劳,很容易出现一些异常的情况,比如管路堵塞、滴速异常及输液完毕无提示等,很可能不能及时发现,而造成医疗事故。输液速度的快慢受药物效果的性质、病人的年龄、机体耐受力、病情等因素的影响,而且在输液过程中输液的速度也必须随患者体位、肢体血液循环以及药物的粘稠度等情况来变化。临床上应根据药物和患者情况的不同配以适当的输液速度。糖尿病人、癌症病人、心脑血管病人的治疗都需要使药物以恒定的速度灌注,通过调节输入的速度和时间将药物均匀持续地注入,以达到
8、最佳药用效果,也使药物的副作用降到最低。而常规的临床静脉输液,普遍采用高位悬挂方式,即依靠重力原理进行输液,并且整个输液过程中,护理人员是凭观察和经验对滴速进行手动调节,这种方法控速不精确,常因输液速度过快致患者出现不适甚至输液反应,或速度太慢而影响治疗效果同时,对于需要输血的病人,由于血液非常容易凝固,输血时很容易阻塞输液管。要保证血流速度大于某一值,才能让血液顺利输出。而传统的靠人工控制的静脉输液不能对各种数据进行自动和直观的统计、查询和分析,缺乏一个功能强大的人机交互界面,不能适应信息化,科技化的新要求。 另外,不管是输液还是输血,普通输液器对输液完毕和输液过程中偶然出现的故障,如气泡、
9、阻塞等都不能自动报警,也不能及时地切断输液通路,以避免血液倒流或其他严重后果。此外,在传统的临床静脉输液方式中,医护人员必须到病床前去操作控制,增加了医护人员临床的次数,增加了医护人员受感染的几率。输液泵虽然能够按照要求精确控制给药的速度和剂量,是解决输液速度的一种有效的方法,但输液泵的机器成本和耗材成本太高,只适用于急救和重症的情况,难于普及推广,因而不能满足广大医护人员和患者的需要。基于上述原因需要用一种智能型输液监控仪来控制药液的输送,并能进行异常报警。智能型输液监控仪的应用有助于减轻护理人员工作强度,提高输液的安全性、准确性和工作效率,提高护理水平。1.2课题国内外研究现状静脉输液是一
10、种最常用的临床治疗方法,是护理专业的一项常用给药治疗技术。它以给药快、刺激性小、疗效快等优势,在抢救病人的生命过程中发挥着越来越积极的作用。国外对智能型输液装置的研制较早,如日本、美国和德国等国家在上个世纪80年代末就进行了智能型输液装置的研制,现在市场上流行的大多是国外的产品,类型多种多样,性能也比较好,如日本JMS株式会社的OT-601型输液泵(控制精度为10%)和SP-500型注射泵,美国、德国、以色列等国家也有性能较好的产品。早在几年前,发达国家的每个病床就都配备了输液泵,而我国只是在一些大医院才配备了一些输液泵,且均为进口品牌,价格在两万元左右,比较昂贵,这使一些中小医院望尘莫及。国
11、内对输液装置的研制起步较晚,大都在90年代中期才开始研究,市场上也有一些国产的输液装置,如北京科力丰高科技发展有限责任公司的ZNB系列产品,深圳康福特公司也有输液装置产品。现在比较常见的是MJY-01型和MJY-01A型便携式输液监控器。MJY-01型的特点是超小体积,超低功耗,超轻,操作方便(一键操作),功能强大。它是卡装在输液管上的。在实时监控输液过程中输液管内药液液位,当输液完毕时电子夹紧装置自动关闭液体,避免回血;输液完毕后电子夹紧装置自动定时,使滴壶内剩余液体下滴数滴流过输液针头,避免针头凝血,护士可不必立即更换液体;它采用绿色环保聚合物锂电池。在输液量不大于500瓶(袋)液体的情况
12、下每3个月充电一次。闲置情况下最长一年充电一次。MJY-02A型的特点是体积小,功耗低,安装方便。它最主要的特点是每台中继器可管理最多250台输液监控器。中继器与射频网络管理机之间可实现(可视)400米通信,中继器与监控器之间可实现(可视)100米通信,能适应大医院的需求,射频网络中继器具体配备数量依照现场通讯条件确定。且大屏幕LED显示器显示各床位的输液监控器的工作状态,同时显示6个输液完毕的床位号和输液完毕的时间,显示数据能自动更新。目前国内尚未完全解决输液时的自动监控问题,在已有的有关专利中,其原理均为光电、机电、红外、重力等类型,在灵敏度、准确率、药液适用范围、操作方法以及生产成本、外
13、观尺寸、重量等方面存在诸多问题,所以至今无一能成功推向市场。输液自动监控仪应具有网络化、自动化管理功能,并且可以进行通信、报警和远程控制。1.3 课题的发展趋势随着科学技术的不断发展创新,数字化、信息化技术对各行各业的渗透,旧岗位结构的变化以及新兴岗位的出现,医院的管理系统趋向于电子化、网络化、智能化,如何利用计算机与现代控制技术相结合来提高医疗器械的自动化已成为目前主要的应用方向之一。我国是世界上人口最多的国家,同时也是拥有医院最多的国家,具有庞大的消费群体,近几年来,由于政府的大力支持,我国医疗器械行业发展十分迅速。医疗器械行业是壁垒较高的行业,并且属于国家重点鼓励发展的行业。按照原国家经
14、济贸易委员会制定的医疗器械行业“十五”发展规划,到2010年,我国医疗器械总产值将会达到1000亿元,在世界医疗器械市场上的份额将会占到5;到2050年这一份额将达到25,从而成为世界一流的医疗器械制造强国。这种智能型输液装置的市场还不够成熟,应用还不够广泛,在技术上还存在着许多有待解决的问题。在实际运用中需要考虑到设备的成本,环境中的干扰如可见光干扰、液体中的气泡干扰,抖动干扰,主、从机同时通信发生死机等一系列的问题。按照目前的情况来看,我国需要一种智能型输液速度监控系统,采用光电检测技术和单片机技术,能够实现对输液滴速的控制和液位低于设定值时的报警,达到多床位、远距离、集中分时显示各床位输
15、液状况及自动报警的目的,且控制精确、性能稳定、操作简单,能减轻医护人员的劳动强度,减少医疗事故的发生,以满足医院和社会的需求。1.4 本文主要内容及组织结构本文共分为4章,各章的安排如下:第1章:系统分析临床静脉输液过程中可能出现的问题,对国内外输液监控系统和嵌入式系统的发展现状进行论述,分析现有监控系统存在的一些缺陷。 第2章:阐述系统总体设计,介绍实现液体点滴液位控制电路的具体方案,将控制电路划分为储液液面检测模块,主站、从站模块,点滴速度控制模块,对各个模块的实现方案进行讨论并决定最终实行方案。第3章:这一章是本文的核心,实现液体点滴液位控制电路的具体电路设计,并对所设计的储液液面检测模
16、块,报警显示模块,电机驱动模块电路进行仿真。第4章:对第3章所得的电路进行深层次的分析,通过直流分析,瞬态分析,使电路的性能更加完善可靠。 第2章 液体点滴液位控制电路设计2.1 液体点滴液位控制电路工作原理2.2 液体点滴液位控制电路设计根据毕业设计题目要求,液体点滴液位控制电路可以划分为以上几个基本模块,对各个模块的实现,有以下一些不同的设计方案:2.2.1 储液液面检测电路设计2.2.1.1 储液液面检测电路设计方案介绍方案一:采用超声波脉冲回波方法测液位。测出超声波脉冲从发射声波到接受所需的时间,根据超声波的声音速度及其发射传感器与液面之间的距离计算而得到液位高度。由于短距离内超声波存
17、在盲区影响精度,且超声波检测装置安装复杂,不太适合用于液体点滴液位控制电路系统。方案二:使用拉力传感器间接测量。将拉力传感器接在滑轮和储液瓶之间,利用液面高度变化和拉力变化之间的线性关系进行间接测量。但是拉力传感器价格贵,从实用性角度考虑,在设计系统中不合适。方案二:采用金属电极检测储液瓶液面信号。利用药液的导电特性实现液滴速度及储液瓶液面信号的检测,通常电极采用不锈钢等耐腐蚀材料制成。电极接触控制方式原理简单,易于实现,可靠性强,但会导致药品污染,危及患者安全。方案三:使用红外发射接收对管对液面进行监测。当红外发射接收对管的光源与接收器在同一介质时,红外发射接收对管导通,两端电压呈低电平。当
18、液面降至光源与接收器中间时,产生全反射现象,此时接收器无法收到光源发射出的光线,使红外发射接收对管无法导通,两端电压呈高电平,触发报警系统发出报警信号。利用上述光在不同媒质界面的折射或反射原理,通过红外发射接收对管接收光信号实现液面检测功能。此外,红外发射接收对管安装方便,只需将其固定在储液瓶外瓶壁上即可,不需要详细计算储液瓶液面高度值,简化了外围电路结构。综合比较上面三种方案,由于红外光波长比可见光长,受可见光的影响较小,且红外系统具有尺寸小、重量轻、易于安装等优点,因此使用红外发射接收对管测量储液瓶液面高度是最理想的选择。2.2.1.2 储液液面检测电路详细设计方案储液液面检测电路是液体点
19、滴液位控制电路的重要组成部分,能否正确检验到液面变化是整个液体点滴液位控制电路性能和可靠性的主要参考标准。储液液面检测电路采用光电传感器获取点滴速度信号和液面报警信号,经过比较、滤波、整形后输出。2.2.1.3 液面检测电路将红外发射接收对管固定在墨菲氏管(俗称滴壶)的两侧,红外发光二极管发出红外光,光线透过墨菲氏管照射到光电三极管,光电三极管将接收到的光信号转换成电信号输出。当输液管有液滴通过时,光电三极管送出的液滴信号为高电平,当输液管没有液滴通过时,光电三极管输出低电平。储液的液面的高度为23cm后,会由红外对管发射接收产生检测信号,即为报警信号。2.2.1.4 整形电路由于红外光在空气
20、及水中的吸收系数不同,从而通过空气和水后接收到的光强也不同。为使输出的波形更加规则,需要对红外发射接收对管输出的信号进行整形。方案一:采用电压比较器LM339实现整形将红外发射接收对管输出的信号接入电压比较器LM339的同向输入端,其反向输入端经电阻分压后于电压源相连。此电路的原理是当电压比较器LM339的同向输入端与反向输入端的电压相差超过10mV时,电压比较器便能检测到这种差别,输出高电平;当同向输入端于反向输入端的电压相差低于10mV时,电压比较器认为两输入端的输入电压相同,输出低电平。使用这个方案的难点在于如何找到能产生合适分压的反向输入端的电阻。经过反复试验,在模拟储液液位到达警戒线
21、和未到警戒线的情况中,适合某一情况的电阻在另外一种情况下效果并不理想。方案二:采用施密特触发器40106实现整形将红外发射接收对管输出的波形接施密特触发器40106整形后输出。施密特触发器40106直接对输入信号进行整形,不需要设计外围电路。经比较,整形电路采用实现简单的施密特触发器40106。最终确定的储液液面检测电路设计如下: 图2-1 储液液面检测电路2.2.2 点滴速度控制电路设计根据设计要求,当液面降低到警戒值时,从站自动向主站报警,同时利用电机降低点滴速度。可供使用的滴速控制方法有对滴速夹松紧的控制和对点滴瓶高度的控制等。2.2.2.1 点滴速度控制电路设计方案介绍方案一:点滴瓶高
22、度的控制通过改变储液瓶瓶的高度来调节点滴的速度。由直流电机带动储液瓶使储液瓶上升或下降以改变地都到受液瓶的高度,从而调节点滴速度。此方案思路简单,但步进电机驱动电路复杂,点滴速度受高度限制,操作困难且危险,加之系统对点滴速度精度要求不高,因此不宜采用此方法。方案二:对滴速夹松紧的控制对滴速夹松紧的控制就是通过对滴速夹松紧的调节,改变塑料点滴管的形状以控制液体的流速。当液面降到警戒值时,控制直流电机正转或反转,然后带动偏心轮压紧输液软管,将输液软管卡住,降低水滴的流速。综合比较上面两种方案,通过控制滴速夹松紧来控制点滴速度的方法较通过控制点滴瓶高度来控制点滴速度的方法更简单、实用。2.2.2.2
23、 点滴速度控制电路详细设计方案由于直流伺服电机,所需电流、电压比较大,因此采用全桥驱动电路,全桥驱动电路驱动电压为24V。当Q5的基极电压为高电平,Q8的基极电压为低电平时,Q1、Q3管导通,Q2、Q4管截止,电机正转;当Q6的基极电压为高电平,Q7的基极电压为低电平时,Q4、Q2管导通,Q1、Q3管截止,电机反转。如图2-2所示: 图2-2 电机驱动电路由于其他模块电路电压为5V,而电机驱动电压为24V,因此将电机驱动电路与其他电路隔离开。 2.2.3 主站、从站通信电路设计按照设计要求,主站应能够显示发出报警的从站号,并可手动解除报警状态。因此本系统数据传输量不大,通信线路应尽量简单。直接
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业设计 论文 液体 点滴 控制 电路设计 仿真
链接地址:https://www.31doc.com/p-3285725.html