智能型醫用氧氣流量計設計與實(shí)現

O 引言

長(cháng)期以來(lái)我國醫療系統在病人吸氧時(shí)，采用浮球式氧氣流量計監測病人吸氧的流量大小。該流量只是醫療的依據，而不能作為計費的依據，對病人則按吸氧時(shí)間計費。這種計費方式客觀(guān)上存在著(zhù)很大的不合理性，在醫院和病人之間造成了一定的矛盾，隨著(zhù)醫療改革的推進(jìn)，這種矛盾日益突出，急需一種方便可靠、成本較低能夠自動(dòng)記錄病人吸氧量的醫用氧氣流量計，以解決按病人吸氧量計費的問(wèn)題。

利用現代傳感器技術(shù)似乎不難做到吸氧量的自動(dòng)計量和記錄，但是，傳感器元件和封裝材料對病人健康的影響則是一個(gè)很大的問(wèn)題，需要經(jīng)過(guò)大量的論證和實(shí)驗，并且需要專(zhuān)門(mén)的機構評估和認證，這就使得設備的成本增加，給普及推廣工作帶來(lái)一定的困難。

通過(guò)對醫院現有吸氧系統的研究發(fā)現：現有吸氧系統中監測氧氣流量的浮球式流量計的閥門(mén)開(kāi)關(guān)手柄的位置(旋轉角度)決定氧氣流量的大小，手柄位置和氧氣流量有一定的對應關(guān)系。通過(guò)自動(dòng)讀取開(kāi)關(guān)手柄的旋轉角度就可以得到氧氣的瞬時(shí)流量，利用單片機進(jìn)行計時(shí)和計算就可以得出病人吸氧過(guò)程中的累計吸氧量。

1 系統構成和基本原理

本設計是一款簡(jiǎn)單、可靠、實(shí)用的醫用氧氣流量計量系統，它利用現有吸氧系統中金屬浮球式氧氣流量計閥門(mén)開(kāi)關(guān)手柄旋轉角度和氧氣流量的相關(guān)性進(jìn)行計量。

在閥門(mén)手柄上安裝一個(gè)編碼盤(pán)，將編碼盤(pán)沿徑向等分為4等份，沿圓周方向等分為16個(gè)面積相等的扇區，將這16個(gè)扇區依順時(shí)針?lè )较驅较虻?個(gè)相等區域按二進(jìn)制數規則進(jìn)行編碼，并分別涂上黑色和白色(黑色代表“O”白色代表“1”)這樣在編碼盤(pán)上就形成了以OH～15H表示的16個(gè)手柄轉動(dòng)角度的不同位置，分別代表不同的氧氣流量。在編碼盤(pán)的一側安裝4對紅外光發(fā)射和接收管，試其分別對準編碼盤(pán)徑向的4個(gè)編碼區，當閥門(mén)手柄轉動(dòng)時(shí)紅外接收管就能接收到一個(gè)編碼序列，并將其傳送到AT89C55單片機。AT89C55單片機對這些編碼進(jìn)行分析比較就能確定手柄的旋轉方向、角度、旋轉圈數和最終停止位置，從而計算出相應的氧氣流量，同時(shí)記錄吸氧的開(kāi)始時(shí)間和結束時(shí)間，最終計算出病人的總計吸氧量。在吸氧過(guò)程中顯示吸氧時(shí)間、流量、吸氧量等信息并提供查詢(xún)功能。吸氧結束時(shí)通過(guò)RS 232串行接口將吸氧信息傳送到上位計費計算機。

系統由編碼盤(pán)、紅外光讀碼裝置、氧氣流量記錄和計算裝置、顯示裝置、操作面板和RS 232串行接口和應用系統軟件等組成。其系統設計框圖如圖1所示。

2 硬件實(shí)現方案

2．1 編碼盤(pán)

如圖2所示編碼盤(pán)是由厚度為2 mm直徑為80 MM塑料園板制成，編碼盤(pán)安裝于浮球氧氣流量計的閥門(mén)手柄上，編碼盤(pán)的“0H”位置對應于閥門(mén)的關(guān)閉狀態(tài)，其余16個(gè)位置對應于不同的氧氣流量。

2．2 紅外光讀碼裝置

紅外光讀碼裝置是由4對反射式紅外開(kāi)關(guān)管組成，利用編碼盤(pán)上黑色和白色區域對紅外光的不同反射率識別不同的編碼。黑色對紅外光的反射很弱，接收管處于截止狀態(tài)，白色對紅外光的反射很強，接收管處于飽和狀態(tài)。信號直接，接入AT89C55的P1口。其主體電路如圖3所示。

2．3 氧氣流量記錄和計算裝置

本設計采用AT89C55單片機作為氧氣流量記錄、計算、查詢(xún)的核心，由DSl2887提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘。單片機每分鐘讀一次編碼信息并計算流量，同時(shí)進(jìn)行存儲和顯示，單片機通過(guò)中斷方式接受操作鍵產(chǎn)生的中斷信號，調用相應的子程序完成時(shí)間設置、流量設置、查詢(xún)、清零等工作。

2．4 顯示裝置

顯示裝置采用SMGl9264液晶模塊電路作為顯示器，其主體電路如圖4所示。

2．5 操作面板

操作面板上共有開(kāi)始／結束、設置、上／下調、查詢(xún)、清零5個(gè)操作鍵，其主體電路如圖5所示。

2．6 電源部分

單片機及外圍所連接的芯片工作電壓要求為+5 V。先將220 V的交流電壓經(jīng)交流到直流的轉換器轉換到+9 V，再將+9 V電壓通過(guò)穩壓器穩壓到+5 V對系統供電?？紤]到電源部分的抗干擾問(wèn)題，有必要加上光電隔離，以防止影響整個(gè)系統的正常工作。主要電路如圖6所示。

2．7 RS232串行接口

RS 232串行接口是單片機和上位計算機進(jìn)行通信的必備環(huán)節。AT89C55單片機片內包含了一個(gè)全雙工的可編程的串行I／O端口，在串行通信中采用RS 232標準。RS 232標準的電平采用負邏輯，規定+3～+15 V之間的任意電平為邏輯“O”，-3～-15 V之間的任意電平為邏輯“1”，通信時(shí)要將TTL或CMOS電平轉換為RS 232電平，本設計采用MAX232芯片來(lái)完成電平轉換，其電路如圖7所示。

3 軟件設計

軟件設計采用單片機C語(yǔ)言設計，總程序設計包括：時(shí)間設置模塊設計、流量設置模塊設計、計量模塊設計、查詢(xún)模塊設計、顯示模塊設計、清零模塊設計、操作鍵設置模塊設計等，其總程序流程圖如圖8所示。

4 結語(yǔ)

給出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用、安全可靠、成本低廉的智能型醫用氧氣流量計的設計和實(shí)現方法。在不改變醫院現有吸氧系統及設施的基礎上，利用本儀器就能方便地解決病人吸氧時(shí)按吸氧量計費的問(wèn)題，具有較高的推廣價(jià)值，將會(huì )為我國的醫療改革做出貢獻。

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