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　　，对微量药液进行精确输注，最小输注剂量可达0.01ml。可自由设定输注速度、输注剂量等参数，达到缓慢输注效果，利于吸收。

　　随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，很多药物对输注剂量有着严格的要求，且这部分药物无法通过生理盐水、葡萄糖等进行稀释，从而传统的人工针管输注无法保证剂量的准确性，而这部分药物由于药量较小，也不适合使用输液泵长时间输注。本装置是一款专门针对小剂量短时间输注而设计的产品，可用于直接药液输注、精确配药等，还可用于新药鉴定、药品药效分析等。本装置通过外接不同的针头或输液管路可实现静脉输注、皮下输注等多种输液方式。

　　本输液器由C8051F020单片机电机驱动芯片、直流电机、红外编码器、输注机构、液晶显示、按键、报警系统等组成，主要有输注、复位、输注速度设定、电量提示、阻塞报警等功能。最小输注量为0.01ml，输注精度可达5%以内。总体设计原理如图1所示。

　　本输液器通过按键与液晶显示可设定输注量与输注速度，设定完成后，通过单片机控制电机驱动芯片，驱动直流电机推动输注机构运行，红外编码器反馈输注信息，当输注量达到设定值后，单片机控制直流电机停止转动，当输注过程出现阻塞等故障时，报警系统发光二极管及蜂鸣器进行报警。本输液器体积小巧、操作简单，对部分风险性较小药物，病人可自己在家中完成输注过程，从而减轻医院负担。

　　C8051F020单片机是新华龙电子有限公司的一款混合信号系统级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指令集完全兼容，速度可达25MIPS。该芯片的可编程计数器阵列可实现红外编码器的计数功能，有效保证了电机的输注精度。内部上拉电阻设计可使按键等设计不需单独配置电阻，使产品体积更小。12位ADC可实现检测电池剩余电量等功能。

　　为了能够控制电机的正反转，采用LG9110为电机驱动芯片，该芯片每通道具有800mA的连续电流输出能力，外围电路简单，电路如图2所示。

　　通过对IA、IB口输入不同电平，可对应OA、OB口不同输出电平，实现直流电机正转和反转，如表1所示。正转实现输注功能，当药液全部输注完成后，通过反转实现复位功能。

　　当确定输液值开始输液时，由单片机算出直流电机需转动的圈数，并由单片机控制电机驱动芯片使电机转动。电机转动带动电机丝杆上套筒前进，套筒推动输液管前进，实现微量输注，红外编码器记录电机转动圈数，反馈给单片机的计数器。当电机转动圈数达到预定值时，单片机停止电机工作。输注过程中和输注结束后，单片机通过红外编码器监测电机状态，如输注过程中电机未转动导致红外编码器无数据，或输注结束后电机未停止转动导致红外编码器产生数据，则系统报输注故障，通过报警系统进行提示。

　　考虑到电机输注过程中有失控的风险，对电机驱动芯片采用独立的电源芯片供电，通过单片机可控制电源芯片，当单片机检测到输注出现故障电机无法停止时，单片机控制给电机驱动芯片供电的电源芯片断电，从而有效地保证了电机输注过程中的安全性，具体过程见图4。

　　本输液装置输液总容量为5ml，输液范围可设置为0.01ml~5ml，输注速度可设置为0.005ml/s~0.05ml/s。拥有液晶提示界面、蜂鸣提示、发光二极管闪烁等多种报警方式，软件程序实施监控，当发生药量过低、电量过低、输注故障等情况时，针对不同严重度采取不同报警方式。

　　程序完成初始化后，通过液晶界面显示剩余药量、电量等信息，通过按键可选择输注速度、药液输注及复位。输注速度可根据不同药液的使用特性进行调整。药液输注过程因需要更换输注针头，需先进行排气功能，把空气排掉后进行输注。输注过程中单片机监控红外编码器的数据，如红外编码器无数据，说明电机未转动或编码器损坏，则跳出输注子程序，进入报警程序;当输注过程正常并输注完成后，跳出输注子程序并显示输注完成;如输注完成后，编码器显示电机继续转动，则停止电机并进入报警程序。具体过程如图6。输注完成后，系统会记录输注值，作为下次输注的起始参考值。

　　复位过程通过单片机控制电机反向转动，单片机监控编码器数据，当数据异常时，跳入报警程序;当数据正确完成复位时，复位过程结束。

　　当总药量低于报警设定值时，会进行液晶界面显示提示，当药量为零时，系统会提示进行复位操作。当电量低于安全值时，系统停止工作，并通过发光二极管及蜂鸣器进行报警。

　　电机输注过程中，当软件控制电机驱动芯片停止电机工作过程中，由于电机的惯性，会多转一定圈数，造成输注精度降低，但通过试验发现，每次多转的圈数基本一致，因此，在输注结束后计数器不需清零，计数器中保留一定数据作为下次输注的起始值。例如电机需转动100圈，每次转到100圈后计数器从零开始重新计数，每次由于惯性原因多转5圈，计数器最后数据为5，则实际转动了105圈，造成5%的精度误差。但输注结束后保留计数器中的数据5，下次从6开始计数，计到100后电机停止，惯性原因电机会继续转动5圈，则实际转动圈数为(100-5)+5=100圈，使输注精度更高。

　　本文提出基于C8051F020单片机与直流电机实现微量药液输注的设计方案，经测试可实现微量输注，精度满足要求，达到了预期的设计目的。

　　本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第11期第40页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。