隨著社會的發(fā)展，21世紀的人們越來越重視安全問題,，特別是醫(yī)療和醫(yī)用安全問題,，目前，醫(yī)院給病人輸液一般采用護士專人值守,，或者病人家屬專門監(jiān)控,。在這種情況下，一旦人工值守監(jiān)護不到位,，就可能導(dǎo)致瓶裝輸液在液體輸完后氣體由輸液管路進入人體,，既通常所謂氣體栓塞，會對患者造成嚴重的身體傷害,，甚至造成死亡,。而輸液報警裝置可以解決這個問題，社會上輸液報警器采用各種各異的原理與制作方法,，主要的測試方法有利用壓力傳感器測量瓶內(nèi)液體的重力,，進而將重力這一物理量轉(zhuǎn)化為瓶內(nèi)液體高度的物理量。這種方法,，思路清晰簡單明了,，但是操作困難。主要是因為瓶內(nèi)液體一般不是純凈物,，密度不好確定,；另外瓶內(nèi)液體是否混合均勻也是影響測量的一個重要因素，因此這種方法實際上并不可取,。
利用光的直線傳播與折射原理,，用紅外探頭照射液面并用相應(yīng)的接收裝置接收信號，根據(jù)接收到的模擬信號來檢測液面并報警，裝置簡單,，但由于光的折射,、散射、透射導(dǎo)致精度不高,；而利用紅外傳感器加載在輸液管兩端來記錄滴數(shù)的方法,，不僅裝置和原理簡單，精度高,，最重要的是成本低，且具有便攜式,，方便護士的拆裝和藥物利用同時也不污染藥物,，達到非接觸式測量，很好地解決了輸液報警的問題,，既減少了醫(yī)護人員的時間和精力,，又保證了患者的生命安全。
1 設(shè)計原理與方法
1．1 設(shè)計原理
本設(shè)計原理主要采用測量下落水滴的滴數(shù)來確定液位的高度及報警,。其工作原理如下：通過輸液器使水一滴滴落下,，在輸液管的滴管兩側(cè)分別放置紅外發(fā)光二極管和光敏二極管，當(dāng)有水滴落下時,，光敏二極管接收到的光將減少,，從而導(dǎo)致光敏二極管兩端的電壓增大，將該電壓與電壓比較器設(shè)定的初始電壓進行比較,，電壓比較器將會在高低電平間轉(zhuǎn)化,，通過記錄轉(zhuǎn)化的次數(shù)就能確定下落水滴的滴數(shù)，從而確定液位及實現(xiàn)報警功能,。
實驗裝置框圖如圖1所示,，電路圖如圖2所示，實物圖如圖3所示,。
1．2 實驗基本過程與方法說明
在制作過程中,，把可樂瓶裝滿水倒置固定在焦利氏稱上，焦利氏稱用來固定儀器,，連接上滴管使水滴一滴滴下落,。同時使紅外發(fā)光二極管、光敏二極管及水滴在同一直線上,，打開水滴控制開關(guān)使液體落下,。當(dāng)水滴下落時，將紅外傳感器接收端的電壓信號進行放大,，通過比較器輸出高低電平給單片機編程計數(shù),，并且通過液晶顯示屏顯示。當(dāng)實驗開始時，利用按鍵設(shè)定報警點,。當(dāng)計數(shù)器所計的滴數(shù)達到報警點時,，報警器報警。
61板是陵陽大學(xué)計劃的16位單片機,，其核心芯片為SPCE061A,。
SPCE061A是繼μ’nSPTM系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一款16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是,，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能,，SPCE061A里只內(nèi)嵌32 KB的閃存(FLASH)。較高的處理速度使μ’nSPTM能夠非常容易地,、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號,。因此，與SPCE500A相比,，以μ’nSPTM為核心的SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語音識別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品一種最經(jīng)濟的選擇,。性能如下：16位μ’nSPTM微處理器；工作電壓(CPU)VDD為2．4～3．6 V(I／O),；CPU時鐘：0．32～49．152 MHz,，內(nèi)置2 KB SRAM，32 KBFLASH,，可編程音頻處理,。
顯示屏為4×8的lcd12864。
LS1是8 Ω 0．5 W的喇叭,。
運算放大器是OP07,。OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路,，由運算放大器組成的比較電路如圖4所示,。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓(對于OP07A最大為25μV)，所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施,。OP07同時具有輸入偏置電流低(OP07A為±2 nA)和開環(huán)增益高(對于OP07A為300V／mV)的特點,，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方面,。
超低偏移：150μV最大,；低輸入偏置電流：1．8nA；低失調(diào)電壓漂移0．5μV／℃,；超穩(wěn)定,，時間：2μV／month最大；高電源電壓范圍：-3～-22 V,，3～22 V,。
1．3 單片機中的軟件流程
單片機中的軟件流程圖如圖5所示,。
先進行初始化，再通過按鍵key設(shè)置初始值a,。判斷信號接收端的電壓如果為高電平,，則計數(shù)器cout=cout1，如果為低電平則不加,。當(dāng)計數(shù)器的cout等于初始值a時,，中斷報警，然后重新初始化,。如果不等于初始值則繼續(xù)計數(shù),。計數(shù)過程實時通過液晶板顯示。
1．4 制作所用元器件清單
制作所用元器件如下：
光敏二極管GKF104,，紅外發(fā)射管GKF104,，凌陽61板SPCE061A。液晶顯示屏lcd12864(見圖6),，焦利式稱，5 V穩(wěn)壓源,，電阻,，滑動變阻器，導(dǎo)線,，醫(yī)用輸液器,，2．5 L可樂瓶。
紅外發(fā)射接收裝置的實驗中使用的紅外發(fā)射與接收裝置是GKF104元件,，實物圖如圖7所示,。該元件是一個集紅外發(fā)射與接收于一體的元件，這樣就保證了紅外發(fā)射裝置發(fā)出的紅外線一定能被其接收裝置所接收,。但在實驗過程中,，紅外發(fā)射與接收裝置不再同一側(cè)，因此將GKF 104的紅外發(fā)射頭與接收頭人為地分開,，并分別正對著放置在瓶子的兩側(cè),。當(dāng)紅外接收裝置兩端的光減少時，它兩端的電壓會增大,。實驗中將紅外發(fā)射二極管接于CR2330(3 V)鈕扣電池正負極上,，長的引腳為正，短的引腳為負,。
光敏二極管的性質(zhì)曲線如圖8所示,。
2 數(shù)據(jù)測量與分析
2．1 測試數(shù)據(jù)
測量一滴水的體積見表1(先測量400滴水的體積，單位：mL,，然后取平均值),。
2．2 數(shù)據(jù)分析
通過一滴水的體積，可以推算出結(jié)果：
2．5 L水：
2 500／0．05=50 000滴
2 L水：
2 000／0．05=40 000滴
當(dāng)計數(shù)器滴數(shù)達到設(shè)置的初始滴數(shù)時，報警器開始報警,。
由OP07所組成的比較電路設(shè)置的基準(zhǔn)電壓是4．0 V,。理論上大于4 V時輸出為5 V高電平，小于4 V時輸出為0 V,。由于運放漏電流的影響,，導(dǎo)致低電平為1．1 V，高電平為4．3 V,。
2．3 誤差分析
電路在時間上可能有一段時間的延時,，造成水滴的計數(shù)有一定的誤差，但延時是很巨大的,，所以可以忽略,。
下落的水滴中可能有氣泡，導(dǎo)致一滴水的體積沒有達到平均值0．05 mL,，從而導(dǎo)致當(dāng)水滴的數(shù)量達到一定量時,，實際的體積卻小于理論值，但水滴中的氣泡來自輸液管,，量水滴時影響不是很大,，也是可以忽略不計的。
3 結(jié)語
該裝置的主要設(shè)計思想是通過紅外傳感器針對滴管每個水滴的下落進行電信號采集,。實驗測得,，通過此方法測量出的數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，誤差很小,。同時該方法思想原理簡單,，直觀易懂，可以直接測量出瓶子中剩余水的準(zhǔn)確數(shù)量,。該方法僅對水滴進行數(shù)據(jù)采集,，不僅消除了由于繁瑣的步驟而帶來的其他環(huán)節(jié)的誤差，而且顯示出的數(shù)據(jù)幾乎可以做到與實際同步,，沒有延遲,。實驗中顯示出的是剩余水的體積，很好地實現(xiàn)了控制報警的設(shè)置,。