醫(yī)用智能型氧氣流量計的設(shè)計與實現(xiàn)

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

利用現(xiàn)代傳感器技術(shù)似乎不難做到吸氧量的自動計量和記錄，但是，傳感器元件和封裝材料對病人健康的影響則是一個很大的問題，需要經(jīng)過大量的論證和實驗，并且需要專門的機構(gòu)評估和認證，這就使得設(shè)備的成本增加，給普及推廣工作帶來一定的困難。

通過對醫(yī)院現(xiàn)有吸氧系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)有吸氧系統(tǒng)中監(jiān)測氧氣流量的浮球式流量計的閥門開關(guān)手柄的位置(旋轉(zhuǎn)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(yīng)關(guān)系。通過自動讀取開關(guān)手柄的旋轉(zhuǎn)角度就可以得到氧氣的瞬時流量，利用單片機進行計時和計算就可以得出病人吸氧過程中的累計吸氧量。

1 系統(tǒng)構(gòu)成和基本原理

本設(shè)計是一款簡單、可靠、實用的醫(yī)用氧氣流量計量系統(tǒng)，它利用現(xiàn)有吸氧系統(tǒng)中金屬浮球式氧氣流量計閥門開關(guān)手柄旋轉(zhuǎn)角度和氧氣流量的相關(guān)性進行計量。

在閥門手柄上安裝一個編碼盤，將編碼盤沿徑向等分為4等份，沿圓周方向等分為16個面積相等的扇區(qū)，將這16個扇區(qū)依順時針方向?qū)较虻?個相等區(qū)域按二進制數(shù)規(guī)則進行編碼，并分別涂上黑色和白色(黑色代表“O”白色代表“1”)這樣在編碼盤上就形成了以O(shè)H～15H表示的16個手柄轉(zhuǎn)動角度的不同位置，分別代表不同的氧氣流量。在編碼盤的一側(cè)安裝4對紅外光發(fā)射和接收管，試其分別對準編碼盤徑向的4個編碼區(qū)，當閥門手柄轉(zhuǎn)動時紅外接收管就能接收到一個編碼序列，并將其傳送到AT89C55單片機。AT89C55單片機對這些編碼進行分析比較就能確定手柄的旋轉(zhuǎn)方向、角度、旋轉(zhuǎn)圈數(shù)和最終停止位置，從而計算出相應(yīng)的氧氣流量，同時記錄吸氧的開始時間和結(jié)束時間，最終計算出病人的總計吸氧量。在吸氧過程中顯示吸氧時間、流量、吸氧量等信息并提供查詢功能。吸氧結(jié)束時通過RS 232串行接口將吸氧信息傳送到上位計費計算機。

系統(tǒng)由編碼盤、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(yīng)用系統(tǒng)軟件等組成。其系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖1所示。

2 硬件實現(xiàn)方案

2．1 編碼盤

如圖2所示編碼盤是由厚度為2 mm直徑為80 MM塑料園板制成，編碼盤安裝于浮球氧氣流量計的閥門手柄上，編碼盤的“0H”位置對應(yīng)于閥門的關(guān)閉狀態(tài)，其余16個位置對應(yīng)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對反射式紅外開關(guān)管組成，利用編碼盤上黑色和白色區(qū)域?qū)t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(shè)計采用AT89C55單片機作為氧氣流量記錄、計算、查詢的核心，由DSl2887提供實時時鐘。單片機每分鐘讀一次編碼信息并計算流量，同時進行存儲和顯示，單片機通過中斷方式接受操作鍵產(chǎn)生的中斷信號，調(diào)用相應(yīng)的子程序完成時間設(shè)置、流量設(shè)置、查詢、清零等工作。