CN208823645U - 基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统，包括终端设备、协调器和上位机；所述终端设备包括液滴检测模块、ZigBee通信模块和电机控制模块；所述液滴检测模块包括液滴检测电路、电压比较电路及稳压电路、STC单片机、显示电路和报警电路；所述液滴检测电路与电压比较电路及稳压电路连接，所述电压比较电路及稳压电路连接STC单片机的输入端；所述STC单片机分别连接显示电路和报警电路。本实用新型实现远程监控输液情况并调节输液速度。
Description
技术领域
本实用新型涉及监控技术领域，尤其涉及一种基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统。
背景技术
在医疗系统中，对于静脉输液控制方式大多数采用人工方式，即由护士根据经验将速度调至认为合适值；但是由于患者不同，有些病重患者在一天之中需要输几组不同药液，连续输液时间较长，患者卧床容易疲劳，易在输液过程中睡着，所以当输液出现异常情况或是输液快要结束时，若床边无陪护人员或是医护人员不能及时发现，就会出现空气进入血管，血液回流等现象，甚至容易形成空气栓塞、凝血堵针等恶性情况，轻则延误治疗，给病人造成痛苦和心理阴影，重则会严重危及患者身心健康，甚至发生不可弥补的医疗事故。
随着中国进入老龄化社会，老龄人和孤独单身人越来越多，而陪护人员越来越少，这就加重医护人员工作负担；临床输液过程中采取监测措施一般都是有患者、陪护人员或医护人员随时观测输液情况，当出现异常情况或输液将要结束时，再呼叫医护人员过来处理；所以在整个输液过程中，花费精力大、效率低，也不利于病区科学化、智能化综合管理。特别是现在医患关系紧张，医护人员紧缺情况下，远程输液监测调控系统已成为亟待突破和亟需解决的紧迫问题。目前市面上出现的有关输液产品，大多数为输液报警器，还有近距离输液监控，就是病人输液管上电子设备显示相关参数在显示屏上，其实这两种设备性质相同，即还需要病人身边要有医护人员或家属。本实用新型设计一款基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统，将无线ZigBee传感器网络和自动控制相结合，实现远程监控输液情况并调节输液速度。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统，实现远程监控输液情况并调节输液速度。
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
一种基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统，包括终端设备、协调器和上位机；
所述终端设备包括液滴检测模块、ZigBee通信模块和电机控制模块；
所述液滴检测模块包括液滴检测电路、电压比较电路及稳压电路、STC单片机、显示电路和报警电路；所述液滴检测电路与电压比较电路及稳压电路连接，所述电压比较电路及稳压电路连接STC单片机的输入端；所述STC单片机分别连接显示电路和报警电路；
所述电机控制模块包括步进电机和电机控制器；所述步进电机一端与输液管上的滚轮连接、另一端与电机控制器连接，所述电机控制器连接STC单片机的输出端；
所述ZigBee通信模块一端与STC单片机串口连接，ZigBee通信模块另一端与协调器的通信模块信号连接；
所述协调器包括协调器电路；
所述上位机包括显示模块和通信模块；所述通信模块与协调器通过串口连接。
进一步地，所述终端设备，用于采集各病人的输液信息，并将输液信息发送至协调器；
所述协调器，用于接收所有终端设备发来的数据，并通过串口实现与上位机的通信；
所述上位机，用于接收终端设备的输液信息，通过分析得出输液速度并进行显示，根据输液速度下达输液信息调控指令至终端设备。
所述终端设备与协调器之间为星型拓扑结构。
进一步地，所述液滴检测电路包括直射式红外发射接收对管；所述直射式红外发射接收对管包括发光管和接收管；所述发光管和接收管相对平行设置在茂菲氏管的两侧，所述发光管通过限流电阻R1与电源相连，所述接收管通过限流电阻R2与电源相连。
进一步地，所述发光管和接收管之间的水平距离为20mm。
进一步地，所述STC单片机采用STC15F2K08S2单片机。
进一步地，所述终端设备还包括供电电源和电源电路；所述供电电源与电源电路连接；所述供电电源采用干电池，所述电源电路的主芯片采用LM1117电压调节器，用于对终端设备提供不同电压的电源。
进一步地，所述ZigBee通信模块，用于通过串口接收到STC单片机采集的数据，并将数据通过内部的射频信号无线发送至协调器；
所述ZigBee通信模块的主芯片采用CC2530芯片。
进一步地，所述电机控制模块，用于接收调控信息，通过调控步进电机从而调节输液速度。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型一种基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统，通过红外发射接收对管配合单片机非常简单便捷的实现对液滴速度的测量；所有终端设备都直接向协调器发送信息，不经过路由器，信息传输更加便捷安全，在ZigBee通信模块中，液滴检测电路加一个ZigBee通信电路作为网络终端设备，负责整个网络信息采集，协调器只需要一个简单ZigBee通信电路，负责整个网络建立和维护，并把接收到的数据通过串口电路发送到上位机，上位机接收到协调器发送过来的数据后，根据终端设备号，将各个终端设备输液信息分别显示在各自控件上，可以一个界面同时显示多窗口所用元件都为市面常见元件，价格低廉，整体小巧，产品成本低于同类产品，可批量生产；运用ZigBee技术进行无线传输，可远程监控，结合前沿技术，后续发展前景广阔；解决了现如今医院人手不够、人力消耗过大等问题；本设计可实现液滴流速智能化调控，减少医疗事故的发生，避免大量人力物力的浪费；通过上位机调控界面可以多窗口实时显示，多个设备统一监控。
附图说明
图1是本实用新型基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统的结构示意图。
图2是本实用新型基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统的液滴检测电路示意图。
图3是本实用新型基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统的电压比较电路及稳压电路示意图。
图4是本实用新型基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统的电源电路示意图。
图5是本实用新型基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统的协调器电路示意图。
图6是本实用新型基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统的ZigBee通信模块内部电路示意图。
附图中标号为：1为终端设备，2为协调器，3为上位机，101为ZigBee通信模块，102为液滴检测模块，103为电机控制模块，1021为STC单片机，1022为电压比较电路及稳压电路，1023为液滴检测电路，1024为报警电路，1025为电源电路，1026为显示电路，1031为电机控制器，1032为步进电机，301为通信模块，302为显示模块。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细描述。
如图1所示，一种基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统，包括终端设备1、协调器2和上位机3；所述终端设备1包括液滴检测模块102、ZigBee通信模块101和电机控制模块103；所述液滴检测模块102包括液滴检测电路1023、电压比较电路及稳压电路1022、STC单片机1021、显示电路1026和报警电路1024；所述液滴检测电路1023与电压比较电路及稳压电路1022连接，所述电压比较电路及稳压电路1022连接STC单片机1021的输入端；所述STC单片机1021分别连接显示电路1026和报警电路1024；所述电机控制模块103包括步进电机1032和电机控制器1031；所述步进电机1032一端与输液管上的滚轮连接、另一端与电机控制器1031连接，所述电机控制器1031连接STC单片机1021的输出端；所述ZigBee通信模块101一端与STC单片机1021串口连接，ZigBee通信模块101另一端与协调器2的通信模块301信号连接；所述协调器2包括协调器电路；所述上位机3包括显示模块302和通信模块301；所述通信模块301与协调器2通过串口连接。
所述终端设备1，用于采集各病人的输液信息，并将输液信息发送至协调器2；所述协调器2，用于接收所有终端设备1发来的数据，并通过串口实现与上位机3的通信；所述上位机3，用于接收终端设备1的输液信息，通过分析得出输液速度并进行显示，根据输液速度下达输液信息调控指令至终端设备1；所述终端设备1与协调器2之间为星型拓扑结构。
所述液滴检测电路1023包括直射式红外发射接收对管；所述直射式红外发射接收对管包括发光管和接收管；所述发光管和接收管相对平行设置在茂菲氏管的两侧，所述发光管通过限流电阻R1与电源相连，所述接收管通过限流电阻R2与电源相连。所述发光管和接收管之间的水平距离为20mm。所述STC单片机1021采用STC15F2K08S2单片机。
所述终端设备1还包括供电电源和电源电路1025；所述供电电源与电源电路1025连接；所述供电电源采用干电池，所述电源电路1025的主芯片采用LM1117电压调节器，用于对终端设备1提供不同电压的电源。
所述ZigBee通信模块101，用于通过串口接收到STC单片机1021采集的数据，并将数据通过内部的射频信号无线发送至协调器2；所述ZigBee通信模块101的主芯片采用CC2530芯片，实现2.4GHz的高频无线通信；所述电机控制模块103，用于接收调控信息，通过调控步进电机1032从而调节输液速度。
输液液滴一般为透明药液，在液滴下落过程中，其横截面类似于圆形，当光线入射到液滴时，将按照折射规律改变入射光线的方向，由于液滴本身几乎就是水，因此可认为液滴的光学折射率与水相近，为4/3，液滴的横截面直径为2r，当入射光线经液滴折射形成聚光后，根据推导，汇聚光点到液滴中心点的距离S表示为：
一般的液滴直径为2r＝2.5～3mm左右，当平行光束穿过液滴时，光束将会汇聚在液滴后面的2.5～3mm处，在液滴两侧适当位置分别放置发光二极管和光敏接收管，当没有液滴落下时，接收管能接收到的光强度较强；当有液滴下落时，液滴会遮挡或折射掉部分光强度，接收管接收到的光强度较弱；两种情况下，接收管接收到的光强度不同，因而产生的光电流也不同；对于光敏接收管来说，光电流与接收到的光强度在一定范围内成线性关系，为了区分出平行光无液滴落下和点光源有液滴落下，在接收管上产生的光电流必须要有明显的差异，所以接收管的位置安放有严格要求，接收管的接受面距液滴中心点的距离为：其中，D为发光二极管发出的光束的最大距离；一般情况下，D等于3mm，故可得到＝4.8r，即光电二极管距液滴滴落中心线的距离应大于4.8r，才能使接收管接收到光电强度较小；故发光二极管和接收管距离选择20mm。
终端设备1负责整个网络信息采集，协调器2只需要一个简单ZigBee通信电路，负责整个网络建立和维护，并把接收到的数据通过串口电路发送到上位机3；上位机3接收到协调器2发送过来的数据后，将各个终端设备1的输液信息分别显示在各自控件上，一个界面同时显示多窗口的监控状态，能够以不同颜色显示危急值的程度；上位机3通过ZigBee网络反馈液滴滴速的信息，将信息反馈给STC单片机1021，进而控制步进电机1032调节输液速度。
作为一种可实施方式，如图2所示为液滴检测电路1023的原理图，所述直射式红外发射接收对管U3包括发光管和接收管；发光管通过限流电阻R1与电源相连，所述接收管通过限流电阻R2与电源相连，所述限流电阻R1的阻值为1KΩ，限流电阻R2的阻值为10KΩ。
如图3所示为电压比较电路及稳压电路1022的示意图，其中电压比较器U1A采用LM393实现，电压比较器U1A的正极通过电阻R3连接接收管正端，电压比较器U1A的输入信号为接收管正端的电压信号，电压比较器U1A的输出端连接稳态触发器U2，即连接HCC4047BF芯片的TRIG+端口；电压比较器U1A的负极通过串联电阻R7和电容C3接地，所述压比较器U1A的输出端与负极之间连接负反馈电阻R4；所述电阻R3的阻值为1KΩ，电阻R4的阻值为470KΩ，电容C3的容抗为47μF；当没有液滴滴落时，接收管的正端为低电平，即电压比较器的输入为低电平；当有液滴滴落时，接收管的正端为高电平，即电压比较器的输入为高电平。
如图4所示为电源电路1025的示意图，所述电源电路1025采用LM1117电压调节器，实现对电压的调节，LM1117的输入端连接电源的正极，LM1117的输入端与输出端之间依次连接电容C4和电容C5，LM1117的输出端输出所需电压，同时连接电阻R11和发光二极管DS1后接地；所述电容C4和电容C5的阻值均为100pF；所述电阻R3的阻值为1KΩ。
如图5所示为协调器2电路的示意图，所述协调器2主芯片采用MAX3232CSE芯片；协调器2通过串口J1与上位机3实现串口通信。
如图6所示为ZigBee通信模块101电路示意图，其主芯片采用CC2530芯片，芯片CC2530的输出端RF_P、RF_N端口连接一个巴伦，所述巴伦包括电感L2和L3，电容C21和电容C24，RF_P端口连接电容C21，RF_N端口连接电容C24，电容C21另一端分别连接电感L2、电感L3和电容C22，电感L2的另一端连接分别连接电容C24和电感L4，电感L4的另一端与电容C22连接；电感L3的另一端接地。
作为一种可实施方式，选用袋装生理盐水进行输液测试，测量范围从25-200滴/分，每增加25滴为一个量级，每一个量级测量20组数据，得到最终测试结果如表1所示：
表1测量数据
测试结果显示，滴速测量误差在±2滴；根据实验数据可知，在测试过程中存在一定的误差，误差在允许范围内。
本实用新型一种基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统，通过液滴检测电路1023中的直射式红外发射接收对管检测到输液管中滴液的速度信号，并将信号通过电压比较电路及稳压电路1022对信号放大并稳压后发送至STC单片机1021，STC单片机1021将信号处理后通过串口发送至ZigBee通信模块101，ZigBee通信模块101与协调器2进行2.4GHz的高频无线通信，协调器2将信号通过串口发送至上位机3的通信模块301，上位机3对采集到的数据进行最终显示和管理，同时可对输液液滴的速度进行调控，通过协调器2向STC单片机1021下达指令，从而控制电机控制器1031控制步进电机1032的转动步数从而带动输液管上的滚轮，实现了输液液滴速度的调节；该系统中的终端设备1可以为多个，分别向协调器2发送采集到的信号，然后协调器2将各个终端设备1的信号发送至上位机3进行显示及监控；本系统实现了多个终端设备1的远程监控输液情况并调节输液速度。
以上所述之实施例，只是本实用新型的较佳实施例而已，并非限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。
Claims (8)
1.一种基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统，其特征在于，包括终端设备（1）、协调器（2）和上位机（3）；
所述终端设备（1）包括液滴检测模块（102）、ZigBee通信模块（101）和电机控制模块（103）；
所述液滴检测模块（102）包括液滴检测电路（1023）、电压比较电路及稳压电路（1022）、STC单片机（1021）、显示电路（1026）和报警电路（1024）；所述液滴检测电路（1023）与电压比较电路及稳压电路（1022）连接，所述电压比较电路及稳压电路（1022）连接STC单片机（1021）的输入端；所述STC单片机（1021）分别连接显示电路（1026）和报警电路（1024）；
所述电机控制模块（103）包括步进电机（1032）和电机控制器（1031）；所述步进电机（1032）一端与输液管上的滚轮连接、另一端与电机控制器（1031）连接，所述电机控制器（1031）连接STC单片机（1021）的输出端；
所述ZigBee通信模块（101）一端与STC单片机（1021）串口连接，ZigBee通信模块（101）另一端与协调器（2）的通信模块（301）信号连接；
所述协调器（2）包括协调器电路；
所述上位机（3）包括显示模块（302）和通信模块（301）；所述通信模块（301）与协调器（2）通过串口连接。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统，其特征在于，
所述终端设备（1），用于采集各病人的输液信息，并将输液信息发送至协调器（2）；
所述协调器（2），用于接收所有终端设备（1）发来的数据，并通过串口实现与上位机（3）的通信；
所述上位机（3），用于接收终端设备（1）的输液信息，通过分析得出输液速度并进行显示，根据输液速度下达输液信息调控指令至终端设备（1）；所述终端设备（1）与协调器（2）之间为星型拓扑结构。
3.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统，其特征在于，所述液滴检测电路（1023）包括直射式红外发射接收对管；所述直射式红外发射接收对管包括发光管和接收管；所述发光管和接收管相对平行设置在茂菲氏管的两侧，所述发光管通过限流电阻R1与电源相连，所述接收管通过限流电阻R2与电源相连。
4.根据权利要求3所述的基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统，其特征在于，所述发光管和接收管之间的水平距离为20mm。
5.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统，其特征在于，所述STC单片机（1021）采用STC15F2K08S2单片机。
6.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统，其特征在于，所述终端设备（1）还包括供电电源和电源电路（1025）；所述供电电源与电源电路（1025）连接；所述供电电源采用干电池，所述电源电路（1025）的主芯片采用LM1117电压调节器，用于对终端设备（1）提供不同电压的电源。
7.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统，其特征在于，所述ZigBee通信模块（101），用于通过串口接收到STC单片机（1021）采集的数据，并将数据通过内部的射频信号无线发送至协调器（2）；
所述ZigBee通信模块（101）的主芯片采用CC2530芯片。
8.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的远程输液监测调控系统，其特征在于，所述电机控制模块（103），用于接收调控信息，通过调控步进电机（1032）从而调节输液速度。
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