作者/ 鹿霏 上海交通大学(上海 200240)
摘要：针对微量药液手动输注无法确保精度问题，本设备经过C8051F020单片机操控直流电机，对微量药液进行准确输注，最小输注剂量可达0.01ml。可自在设定输注速度、输注剂量等参数，到达缓慢输注作用，利于人体吸收。
导言
跟着电子技术的不断发展，医疗设备的不断更新，对医用药液的输注精度要求越来越高，许多药物对输注剂量有着严厉的要求，且这部分药物无法经过生理盐水、葡萄糖等进行稀释，然后传统的人工针管输注无法确保剂量的准确性，而这部分药物因为药量较小，也不适合运用输液泵长期输注。本设备是一款专门针对小剂量短时间输注而规划的产品，可用于直接药液输注、准确配药等，还可用于新药判定、药品药效剖析等。本设备经过外接不同的针头或输液管路可完结静脉输注、皮下输注等多种输液方法。
1 总体规划
本输液器由C8051F020单片机、电机驱动芯片、直流电机、红外编码器、输注组织、液晶显现、按键、报警体系等组成，首要有输注、复位、输注速度设定、电量提示、堵塞报警等功用。最小输注量为0.01ml，输注精度可达5%以内。总体规划原理如图1所示。
本输液器经过按键与液晶显现可设定输注量与输注速度，设定完结后，经过单片机操控电机驱动芯片，驱动直流电机推进输注组织运转，红外编码器反应输注信息，当输注量到达设定值后，单片机操控直流电机中止滚动，当输注进程呈现堵塞等毛病时，报警体系发光二极管及蜂鸣器进行报警。本输液器体积细巧、操作简略，对部分危险性较小药物，患者可自己在家中完结输注进程，然后减轻医院担负。
2 首要硬件模块规划
2.1 单片机
C8051F020单片机是新华龙电子有限公司的一款混合信号体系级MCU芯片，具有64个数字I/O引脚。该芯片内核为CIP-51指令集，与MCS-51指令集彻底兼容，速度可达25MIPS。该芯片的可编程计数器阵列可完结红外编码器的计数功用，有用确保了电机的输注精度。内部上拉电阻规划可使按键等规划不需独自配备电阻，使产品体积更小。12位ADC可完结检测电池剩下电量等功用。
2.2 电机驱动电路
为了可以操控电机的正回转，选用LG9110为电机驱动芯片，该芯片每通道具有800mA的接连电流输出才能，外围电路简略，电路如图2所示。
经过对IA、IB口输入不同电平，可对应OA、OB口不同输出电平，完结直流电机正转和回转，如表1所示。正转完结输注功用，当药液悉数输注完结后，经过回转完结复位功用。
2.3 直流电机与输注组织
直流电机带动输注组织作业原理如图3所示。
当确认输液值开端输液时，由单片机算出直流电机需滚动的圈数，并由单片机操控电机驱动芯片使电机滚动。电机滚动带动电机丝杆上套筒行进，套筒推进输液管行进，完结微量输注，红外编码器记载电机滚动圈数，反应给单片机的计数器。当电机滚动圈数到达预订值时，单片机中止电机作业。输注进程中和输注完毕后，单片机经过红外编码器监测电机状况，如输注进程中电机未滚动导致红外编码器无数据，或输注完毕后电机未中止滚动导致红外编码器产生数据，则体系报输注毛病，经过报警体系进行提示。
2.4 输注安全规划
考虑到电机输注进程中有失控的危险，对电机驱动芯片选用独立的电源芯片供电，经过单片机可操控电源芯片，当单片机检测到输注呈现毛病电机无法中止时，单片机操控给电机驱动芯片供电的电源芯片断电，然后有用地确保了电机输注进程中的安全性，详细进程见图4。
3 软件规划
本输液设备输液总容量为5ml，输液规模可设置为0.01ml~5ml，输注速度可设置为0.005ml/s~0.05ml/s。具有液晶提示界面、蜂鸣提示、发光二极管闪耀等多种报警方法，软件程序施行监控，当产生药量过低、电量过低、输注毛病等状况时，针对不同严重度采纳不同报警方法。
本软件选用模块化规划，首要模块如图5所示。
程序完结初始化后，经过液晶界面显现剩下药量、电量等信息，经过按键可挑选输注速度、药液输注及复位。输注速度可根据不同药液的运用特性进行调整。药液输注进程因需求替换输注针头，需先进行排气功用，把空气排掉后进行输注。输注进程中单片机监控红外编码器的数据，如红外编码器无数据，阐明电机未滚动或编码器损坏，则跳出输注子程序，进入报警程序;当输注进程正常并输注完结后，跳出输注子程序并显现输注完结;如输注完结后，编码器显现电机持续滚动，则中止电机并进入报警程序。详细进程如图6。输注完结后，体系会记载输注值，作为下次输注的开端参考值。
复位进程经过单片机操控电机反向滚动，单片机监控编码器数据，当数据反常时，跳入报警程序;当数据正确完结复位时，复位进程完毕。
当总药量低于报警设定值时，会进行液晶界面显现提示，当药量为零时，体系会提示进行复位操作。当电量低于安全值时，体系中止作业，并经过发光二极管及蜂鸣器进行报警。
电机输注进程中，当软件操控电机驱动芯片中止电机作业进程中，因为电机的惯性，会多转必定圈数，形成输注精度下降，但经过实验发现，每次多转的圈数根本共同，因而，在输注完毕后计数器不需清零，计数器中保存必定数据作为下次输注的开端值。例如电机需滚动100圈，每次转到100圈后计数器从零开端从头计数，每次因为惯性原因多转5圈，计数器最终数据为5，则实践滚动了105圈，形成5%的精度差错。但输注完毕后保存计数器中的数据5，下次从6开端计数，计到100后电机中止，惯性原因电时机持续滚动5圈，则实践滚动圈数为(100-5)+5=100圈，使输注精度更高。
4 结语
本文提出根据C8051F020单片机与直流电机完结微量药液输注的规划方案，经测验可完结微量输注，精度满足要求，到达了预期的规划意图。
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本文来源于我国科技期刊《电子产品世界》2016年第11期第40页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
