智能输液器监控系统的设计与实现项目提交版(井科星改)

省级大学生创新创业训练计划

项目申报表

推 荐 学 校 项 目 名 项 目 类 项 目 负 责 申 报 日

西安科技大学

智能输液器监控系统的设计称 与实现

创新训练项目

型

陈维多

人

2013年5月3日

期

陕西省教育厅 制 二○一三年四月

项目名称 智能输液器监控系统的设计与实现 项目类型 （ √ ）创新训练项目 （ ）创业训练项目 （ ）创业实践项目 项目实施起始时间： 2013 年 9 月 完成时间： 2014 年 9 月 时间 姓名 年级 学校 西安科技大学 西安科技大学 西安科技大学 西安科技大学 西安科技大学 所在院系 /专业 计算机科学与技术学院/信息与计算科学 通信与信息工程学院/电子信子工程 电气与控制工程学院/自动化 通信与信息工程学院/通信工程 计算机科学与技术学院/信息与计算科学 研究方向 联系电话 18392395897 18706809280 18729507076 18392024839 15114982316 E-mail zictorno2@163.com zhangfan1515@126.com bianrui2003@163.com 1519761959 @qq.com 760507664@qq.com 主持陈维多 2011 人 申张凡 2011 请人 或申卞蕊 2011 请团成 队员 井科2011 星 邹世2011 林 姓名 年龄 朱代先 39 1.科研项目 无线通信技术、信号与信息处理 系主任/副行政职务/专业技术职务 教授 （1）基于超宽带的矿山井下无线定位技术研究（2010JK666），省教育厅自然科学专项，主持人，2010.07——2012.07 （2）基于超宽带技术的矿山井下无线定位算法研究（2009024），校指导教师培育基金，主持人，2009.09——2011.09 （3）无线桥梁健康状态监测系统研制（2009K08-36），省工业攻关项目，参加人，2009.09——2010.12 主要成果 2.指导竞赛获奖 （1）2010陕西省大学生TI杯电子设计竞赛省三等奖1项； （2）2011年全国大学生电子设计竞赛省二等奖1项，三等奖2项； （3）2012陕西省大学生TI杯电子设计竞赛省省二等奖1，三等奖2项； （4）2012电脑鼠走迷宫大赛西北赛区一等奖1项； （5）2012全国电脑鼠走迷宫总决赛二等奖1项； 3.公开发表论文15篇，其中核心4篇，EI检索8篇。

一、项目实施的目的、意义 1.项目背景： 静脉输液的医疗手段应用十分广泛，小到感冒，大到手术后的康复治疗。但目前，静脉输液过程的监护都是由病人，病人家属，医护人员通过人工方式来实现的。这不但使病人和家属增加了精神负担，不利于病人的休息，而且增加医护人员的工作强度。加上冬天在给病人输液时因药液温度较低，常常导致病人四肢发冷、甚至麻木，疼痛，严重时会出现血管痉挛等症状。 2.项目目的： 本项目组设计的自动监测系统及点滴控制终端有效的解决了这些问题。本项目利用光电设备检测输液管中的药液是否有剩余，以判断瓶内药量并准确发送信息；为保持药液恒温，采用体积小、热效率高的半导体加热制冷片，以及温度传感器构成的负反馈闭环调节机制，使药液维持在最适宜的温度；为了扩展其适用范围，增加其实用性，在每个房间里设置分机，将药液是否有剩余和液体温度等信息通过无线传输给分机，分机再通过有线传输向总控制室的主机发送患者信息，主机接收并显示病人的状态。输液完毕时，输液器自动阻断输液管，同时发送当前状态的信息并语音播报“XX号输液完毕”，从而实现主机对每个患者的信息进行时时监控并处理突发事件，达到真正的无人监护和可控调节，还对医院的整体系统做出了调整和扩展。 3.项目意义： 本项目控制面广，实用性强，可多次复用，自动报警，温度可以自动调节。它的创新点是通过上位机对各个床位的信息进行实时监控，自动控制温度，且其不对药液产生污染，声光启示，电路简单，造价低，小巧方便。克服了以往热水瓶加热药液温度忽高忽低不宜控制的缺点，同时克服人工监测费时费力的弊端，更重要的是医护人员可以通过主机对患者输液信息进行时时监控。对患者和患者家属而言，减少了精神负担；对医护人员而言，减少了工作强度；对医院来说，可以减少失误率，增加经济收入。是一款集创新性和实用性于一体的输液器监控系统。

二、项目研究内容和拟解决的关键问题 本项目研究内容： 主旨在于如何使人们的生活更加舒适，为人们的生产生活提供更大的便利，项目针对医疗卫生系统做出一系列改善，极大程度上实现了卫生医疗中输液的智能化。自动监测及加热输液器作为研究对象，无论是从其使用条件及使用范围，都有其可调控性，适用性强。在科技飞速发展的今天，人们更加需要新型的医疗系统，本项目不仅解决了医院所面对的问题，也更加突出其以人为本的特点。在医疗技术方面凸显了其无人监护，可控调节，系统可扩展等优越性。 拟解决的关键问题： 1 实时温度检测及调节 如何做到温度检测及其调节，是本产品首要解决的问题，使用温度传感器配合单片机实时采样，有效及时的进行检测。如果温度不适宜，则利用半导体制热制冷片进行温度调节，将药液温度维持在最适宜的范围。 2 药液余量监控 本项目利用光电设备对药液进行监测，可以准确地判断出输液是否完成，并在输液完成后自动关闭输液管，向监控设备发送输液完毕的信息。现在绝大多数医院里都是人为的进行看护，耗费大量人力资源。使用该设备能使人力资源得到节约。由于该设计利用光电设备进行检测，不会对药液造成污染，安全可靠。 3 子系统的通信及无线传输 位于病房内的子系统从机，是本项目的一大创新点。设置从机的作用在于对适用范围进行扩展，不再单一的针对于一个病房，还有利于提高系统运行的稳定性。对医院楼层的分层和集中管理实现了很大突破。 4 主机对终端信息的接收、处理及显示 主机对终端进行信息接收及处理是本项目最为关键的问题，这个部分涉及到无线通信及网络协议，图形界面控制等多方面。主机在接收到信息后，将其

反馈给用户，分辨出是其中的某一台从机发出的信息对其进行采集，处理，下达指令。 5 语音播放功能 当主机收到某位病人“输液已完成”的信息时，医护人员手动确认无误后，主机发出播放语音提示的指令，此时语音模块将告知病人护士正在赶来的消息，同时也播放温馨提示。此功能将使设备更加人性化。 6 系统稳定性 在设备使用过程中，为了防止终端发生异常，本项目还设置了定时对终端进行检查的功能。由主机定时向各个终端发送特定的指令，再检查由终端返回的信息是否正确，以此判断终端是否处于正常工作状态。若发生异常，则通知医护人员。

三、项目研究与实施的基础条件 1.知识条件 大部分成员都为科技创新实验室成员，在硬件和软件方面已经积累了丰富的经验，对硬件设计和软件编程有了较好的基础，并且已经独立完成了“智能遥控小车”、“坦克打靶”等电路系统设计和软件开发。 所有成员均参加过省TI杯大学生电子设计竞赛，全国教育机器人大赛等比赛，并且陈维多，卞蕊，张凡同学在省TI杯大学生电子设计竞赛中在其比赛中取得了三等奖，组员均在全国教育机器人大赛中获得一、二等奖的优异成绩。彼此有过多次共同合作的经验，并且来自不同的专业，对多个计算机，电子信息，自动控制等领域的知识有所掌握，有较强的团队意识。科技创新实验室已具备良好的学习条件和实践环境。此外，还有雄厚的师资力量，对于解决实际过程中遇到的问题有很大的帮助。 2.设备条件 本项目设计与制作均依托西安科技大学工程训练中心有力的设备和技术支持。其电子电工训练中心是陕西省示范性训练中心，含基础电子、高级电工、PCB制版、小型机器人及装配电子套件等实训项目。其金工部主要承担车、铣、刨、磨、钳、拆装、铸造、锻造、电焊、及数控车、数控铣、加工中心、线切割、电火花成型、激光打标、激光内雕等传统与现代加工方法的工程训练。此外，工程训练中心的部分老师对本项目组研究的课题有深入的研究，在设计制作过程中能提供很多建设性的建议，并能帮助解决遇到的问题。

四、项目实施方案 1.整体实施方案： 1）硬件设计 本方案的硬件构成有：输液报警装置、输液温度调节装置、语音播报模块、无线传输模块、子系统和主机。输液报警装置、输液温度调节装置、语音播报模块和无线传输模块集成于一个终端设备，安装在静脉输液的橡胶管上。点滴控制设备和各个房间里的子系统以无线方式进行通信，子系统和主机之间采用有线通信。硬件整体框图如图4-1所示。 语音播报模块 输液温度调节装置 无线传输 单片机 有线传输 计 算 机 主 机 单片机位于各个病房的从机 点滴报警装置 静脉输液控制终端 图4-1 硬件整体框图 2)软件设计 (1) 子系统 子系统由微处理器和无线通信设备组成。处理器等待接收信息，若收到静脉输液控制终端发来“输液完成”的信息，则将其发送给主机；若收到主机传来的“医护人员已了解情况”的信息，则向终端发送播报语音的指令。子系统软件流程如图4-2所示。 图4-2 子系统软件流程 图4-3 主机软件流程

(2) 主机 主机为一台个人计算机。它负责接受子系统传来的信息，根据信息通知医护人员确定某位病人的输液已经完成，医护人员确认收到信息后，则命令静脉输液控制终端告知病人耐心等待护士来处理。主机软件流程如图4-3所示。 (3) 静脉输液控制终端 静脉输液控制终端主要由微处理器，数据采集部分和控制部分组成。数据采集部分将对药液的温度，以及药液是否有剩余的信息进行采集，由处理器判断后经控制部分进行温度调节和关闭输液管的操作，并向子系统发送“输液完毕”的信息。其软件流程图如图4-4所示。 开始 设备初始化 信息采集 是 输液是否完成 否 调节温度 停止输液 向从机发送信息 等待从机指令 进行语音播报 结束 图4-4 点滴控制终端 2.项目实施阶段计划： 1)2013年9月初～2013年10月初，搜索相关资料并制定具体实施方案； 2)2013年10月初～2013年11月初，元器件及相应设备元件的采购； 3)2013年11月初～2013年12月初，静脉输液控制终端的制作； 4)2014年3月初～2014年4月初，制作子系统的制作及主机图形化界面； 5)2014年4月初～2014年5月初，各部分联合调试，并撰写科技论文； 6)2014年5月初～2014年6月初，提高系统可靠性，等待验收。

五、学校可以提供的条件 1.项目设计及制作的实验台及场地； 2.提供所用仪器设备：万用表（UT39A），单片机套件及开发系统，数字双踪示波器（泰克TAS485），直流稳压电源（0～30V）可调，输出电流可达(4A），机械加工设备； 3.提供程序调试、模拟仿真需用到的配置较好的电脑且具有因特网连接便于查找相关资料； 4.图书馆能提供相关的图书资料。 六、预期成果 1、研制智能输液器监控系统模型一套，完成既定实验目标； 2、形成研究总结报告，撰写科技论文1篇； 3、申请发明型或实用新型专利一项； 4、拟在核心期刊发表研究成果相关论文。 七、经费预算 序号 1 2 支出项目 外出调研 MSP430F149开发板两套 MSPG2553开发板两套 3 4 5 6 7 8 9 10 合计 金额（元） 2000 2500 锂离子电池 温度传感器、光电设备、加热设备、机械材料 锂离子蓄电池充电模块 外壳及安装插件 打印资料费 发明专利申请 论文版面费 其他 1000 5000 1000 1500 1000 2000 2000 2000 20000

八、导师推荐意见 该项目从生活中需求出发，解决医疗方面的具体问题，具有较大的应用价值，研究目标明确，方案可行。该团队成员参加过大学生电子设计竞赛的洗礼，又主持或参与过很多项目的研制与开发，熟悉传感器数据的采集电路的设计与单片机控制技术的应用，工作主动性强，协作精神好，动手能力强，能胜任此项目的工作。 本人乐于作为指导教师，全程参与该项目实施过程。 签名： 2013 年 5 月 3 日 九、院系推荐意见 该项目以生活需求为出发点，以信息与控制技术为基础，解决医疗输液中遇到的问题，具有较好的创新性，可以训练、培养学生的创新能力；项目负责人参加过科技创新活动，对传感器技术、微计算机应用技术能熟练运用，作风踏实，有较强的实践动手能力，善于团结协作；指导教师长期工作在教学第一线，工作认真负责，具有指导学生科技创新的经验和指导该项目的专业知识。经学院审核，同意该项目申报省级大学生创新训练项目。 院系负责人签名： 学院盖章 2013 年 5 月 4 日 十、学校推荐意见： 学校负责人签名： 学校盖章 2013 年 5 月 6 日

十一、省教育厅评审意见： 单位盖章 年 月 日

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