自动输液换瓶装置控制及检测系统设计

1、北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计自动输液换瓶装置控制及检测系统设计自动输液换瓶装置控制及检测系统设计摘 要在医院治疗工作中，输液治疗使用普遍，经常出现一个病人需要输多瓶药液的情况。在目前中国的绝大部分医院中，依然在采用护士人工更换药瓶的方式。如果同时有多个病人需要换药，护士的负担将大大加重，随之出错的概率也会增加。为解决上述问题，该设计提供了一种自动输液换瓶装置，涉及医用设备技术领域，为解决人工换瓶造成的医护人员劳动强度大的问题而设计，将实现输液瓶更换的自动化。自动输液换瓶装置是一款能实现输液瓶的针头在重量传感器的检测下自动插拔与换位的装置。自动输液换瓶装置机由MCU作为核心，当传感器检测到某瓶药液打到液体余量阈值时，单片机将控制电动机驱动模块，电机驱动模块驱动电机，更换下一瓶药液。自动输液换瓶装置体积小、造价低、使用便捷，能够解决人工换瓶方法中存在的医护人员工作量大、医院工作效率低、医患人员不便等问题。关键词：医用；输液换瓶；自动化；控制系统Automatic infusion bottle changing machine - Design of control and

2、 detection systemAbstractIn the hospital treatment work, infusion treatment is widely used, often a patient needs to transfuse multiple bottles of liquid medicine. At present, most hospitals in China are still using nurses to change the bottles manually. If more than one patient needs to change medicine at the same time, the burden of nurses will be greatly increased, followed by an increase in the probability of error. In order to solve the above problems, the design provides an automatic infus

3、ion bottle changing device, which relates to the technical field of medical equipment. It is designed to solve the problem of labor intensity of medical staff caused by manual bottle changing, and will realize the automation of infusion bottle changing. The automatic infusion bottle changing device is a device which can automatically insert and replace the needle of infusion bottle under the detection of weight sensor. The automatic bottle changing infusion machine is controlled by 51 single-chi

4、p microcomputer. When the sensor detects that a bottle of liquid medicine has been delivered, the single-chip microcomputer will control the motor drive mechanism to replace the next bottle of liquid medicine. The automatic infusion decanting device is small in size, low in cost and convenient in use, which can solve the problems of heavy workload of medical staff, low efficiency of hospital and inconvenience of medical and patient staff in manual decanting problem.Keywords: medical; infusion bo

5、ttle change; automation;Control system目 录1绪论11.1思路来源11.2研究现状11.2.1市场现状11.2.2装置现状21.3研究意义21.4发展前景31.5研究目的41.6研究内容41.7本设计拟解决的关键问题52 系统硬件设计52.1总体方案设计52.2元器件选型及其参数介绍62.2.1 MCU选型62.2.2传感器选择72.2.3显示器选择102.2.4 A/D转化模块选择122.2.5 L298N电机驱动模块132.2.6 接近开关142.3 本章小结153系统软件设计163.1 软件开发环境163.2 总体设计思路163.3 系统部分算法及功能163.3.1 压力传感器校正算法163.3.2 输液终止量算法183.3.3 输液次序功能设计193.4 系统各部分流程及程序203.4.1 变量定义及电机控制函数的设计203.4.2 校准流程213.4.3 输液终止量自设流程243.4.4 输液流程253.4.5 换瓶流程273.4.6 跳瓶流程283.4.7总流程284系统实物调试304.1 称重系统调试314.2 驱动系统调试335结论

6、351绪论 静脉输液法是一种运用广泛的给药方法。自动输液换瓶装置是一种实现临床输液时自动更换输液瓶的装置，其主体由是由两个电机与丝杠构成的圆周升降机构和输液器、输液瓶夹持装置构成，并辅助以传感器，使得输液过程中本装置能够替代医护人员操作自动对输液瓶进行消毒更换。在其主要功能为病人进行静脉输液不变的情况下，能够使输液瓶的针头在重量传感器的检测下能够实现自动插拔与换位，其构造简单，功能实用，有较强的实用价值。在国内输液市场规模较大、医护人员短缺的状况下，该装置将可以有效地降低医务人员的工作量，提高医院工作效率。1.1思路来源输液疗法以其见效快、使用方便、疗效可靠等优点，在治疗中得到相当广泛的应用。因为许多药物不能混合，所以出现经常联合用药的情况。联合用药时，每输完一瓶药液就应及时更换下一瓶，而换瓶的时间较难把控，提前换液会造成药液浪费，而若第一组药液输注完毕后，未及时执行换瓶操作，不但浪费时间，且有输液器流空，造成病患发生血管栓塞等危险的可能。调查发现，在目前中国的绝大部分医院中，依然在采用护士人工更换药瓶的方式。护士需要根据不同的病人，来对药物进行核查、换药。若同时有多个病人需要换药，护

7、士的负担将大大加剧，这将带来犯错概率的增加。因此，本课题想要设计一款操作简单、使用便捷的医用输液自动换瓶装置，以此减少人工成本，提高输液效率。1.2研究现状1.2.1国外研究现状 国外的该类型装置研究起步较早，美国，韩国，日本，德国等发达国家都进行了研究。目前主要对输液泵的研究有了较大的进展，输液泵拥有较为完善的功能，且操作起来十分便捷，可以很大程度地减轻工作人员的工作量。但输液泵价格普遍偏高，约2万元人民币。这种设备只在一些发达国家的医院里被使用，因其过高的价格，在经济不发达地区的使用率很低。1.2.2国内研究现状在国内，目前市场上的公知输液装置依然是由护士人工更换的普通单头输液装置，有部分地区使用了双头输液器。但是，在使用时，为了实现顺序输注两组药液的功能，必须先行只打开一个瓶塞穿刺器与三通间的止水夹，待其药液输注结束后关闭该止水夹，同时打开另一瓶塞穿刺器与三通间的止水夹。因此，虽然该输液器能够较普通单头输液装置更为方便地更换药液，但是依然需要人工操作，并且，输液的数量也仅能局限在两瓶。针对上述问题，也有人提出过解决方案，中国专利99215136.8和01225873.3公开了两种

8、自动换瓶输液器，然而，前者只是简单地将两瓶以上的药水串联在一起给患者输液，这将造成部分药液的混合，事实上，这在临床上是不被允许的。而后者的自动输液器虽能实现逐瓶输液，但结构复杂，体积较大，不论是安装或是患者在使用时需要进行移动，较重的重量都会造成许多的不方便，并且较高的成本也使得该装置并不适合在中小型医院大范围推广。因此，当今的医疗领域，需要一款体积小、重量轻、造价低、使用便捷的自动输液换瓶装置。1.3研究意义自动输液换瓶装置有着极其积极的意义：（1）减少医务人员的工作量并且提高工作效率随着居民对医疗健康服务需求的持续提高，医务人员的工作量将居高不下，自动输液换瓶装置能减少医务人员的工作量并且提高工作效率。（2）增加病人的安全系数 在人均每年8瓶输液量的中国，大输液市场的规模仍将一直保持一个较高的水准，医护人员的较大负担导致的是出错概率的增加。输液自动换瓶装置可以减少医务人员出错概率同时增加病人的安全系数。（3）降低成本并且普及推广应用针对智能医疗设备成本高售价高，难以普及，使用复杂等特点。对作品简化设计，降低制造成本，设计中考虑人体工序和人因工程使装置批量生产成本控制在百元左右，且简

9、单易用。1.4发展前景一方面，从我国的输液市场角度来分析，自2011年以来，我国每年输液市场容量均超过100亿瓶（袋），这意味着，平均每人每年要输8瓶以上的药液，这一数字远远高于国际上的人均2.5至3.3瓶，我国俨然已经成为了“输液大国”。图1.1 2010年2017年我国输液产量（单位：亿袋） 虽然，近几年来，受到我国国内政策影响，输液产量的增长率出现了一些下降，但在总量上依然维持着一个很高的水平，另外，随着老龄化社会的即将到来、我国居民医保覆盖率的提升，我国公民对输液的需求将居高不下。可以预测，在人均每年8瓶输液量的中国，输液市场的规模仍将一直保持一个较高的水准。另一方面，在中国每千人中，职业为护士的人数不足3人，这一数量远低国际平均水平。可以看出，护士的数量在我国是严重偏低的。并且，调查显示，相当多的护士曾遭受过心理创伤并认为护士的社会地位太低，无法受到尊重，另外，护士行业的薪资也普遍不高。正是因为较低的薪资与较难获得尊重等等原因，每年都有大量的护士离职，本就严重缺人的医护行业，将面临更加严重的“护士荒”。因此，在国内输液市场规模较大、护士人员短缺的状况下，这款可以大量缓解护士工作量的自动输液换瓶装置的市场前景十分明朗。1.5研究目的针对目前医院中临床输液患者输液效率低下、医护人员工作强度大等问题，小组的研究目的为研制一款自动输液换瓶器，使其能够根据液体余量，进行自动换瓶操作；个人的研究目的为设计一套以MCU为核心、称重传感器为测量元件、数码管为显示器构成的控制检测系统，实现输液过程的数据采集、转换及显示。1.6研究内容本人在课题中的个人研究内容为控制及检测系统

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