2基于物联网的智能输液控制器研究-小学科学+生活融合实践研究

115 第四部分　学生论文 基于物联网的智能输液控制器研究 2016 级 9 班　张艺涵　2015 级 1 班　向泓羽 一、问题的提出 有一次，妹妹生病后到医院输液，我发现，在输液时，我们必须时刻关注输 液情况，一点都不能大意，增加了家人的负担；如果是患者一人输液，在输液过 程中要自己盯着，一点都不能休息，增加了患者的负担。同时也发现由于医院的 患者比较多，护士换药水、取针管总是忙不过来，工作量非常大。于是就产生了 一个想法：能不能设计一个能自动监测输液状况，自动换水，输完后自动止液， 随时将输液状况传递给护士的智能输液控制器。于是，针对这些现象，利用现有 的物联网技术以及机器人编程基础，发明了基于物联网的智能输液控制器。 二、初步设想 ①当第一袋药液输完后，能自动切换到第二袋药液，输完后能自动止液。 ②通过物联网全程监测输液状态，如果输液速度过快或过慢，能远程控制输 液状态。 ③在冬天，当室内温度较低时，能自动对药液进行加温。 三、市场调查 （一）现有设备调查 通过调查，市面上没有同时具备自动换水、输液提醒功能和加温功能的控制器， 能实现输液提醒的主要有以下两种： 1. 多声音输液提醒器 多声音输液提醒器（图 1）能实现输液体中断时，通过蜂鸣器发出声音进行提 醒，价格便宜，但是功能单一，只具有提醒功能，并且蜂鸣器的声音较小。 2. 蓝牙输液提醒器 蓝牙输液提醒器（图 2）当发生输液体中断时，能实现蜂鸣器提醒和手机 App 报警提醒，同时实现断流。缺点是：蜂鸣器声音较小，价格昂贵。 116 小学科学 + 生活融合实践研究 　　　　　 图 1　　　　　　 　　图 2 能进行输液加温的主要有以下 3 种。 1. 一次性输液加温袋 一次性输液加温袋（图 3）类似于暖宝宝加热方式，将输液管缠绕在加温袋上， 对药液进行加温。其缺点是：容易产生高温，使用后残存物污染环境。 2. 输液加温器 输液加温器（图 4）能实现恒温加热，温度为 25 ~ 35 ℃。缺点为直流电 源供电，使用时必须有电源，存在用电安全隐患，并且多人使用时线路凌乱。 3. 智能输液加温器 智能输液加温器（图 5）优点是能自由设置加温温度，屏幕实时显示温度，支 持充电宝供电。缺点是价格昂贵。 加长电缆 1.9 m 电线长度满足使用需求 图 3 图 4 图 5 （二）问卷调查 通过问卷分析，在输液过程中，如果能实现自动换水的功能，就能有效地减 117 第四部分　学生论文 轻家人和患者的负担，也能减轻护士的工作压力和工作量。从静脉输液的专业角 度来看，除有配伍禁忌的药液外，药液不会发生相互作用，也不会影响药效。在 冬天，为了给患者更好的用药效果，给药液加温是非常有必要的。 四、功能实现 1. 自动换水、自动止液 我们将 1 号、2 号非接触式液位传感器按药液的先后顺序分别贴在输液袋的最 下方（图 6）。 非接触式液 位传感器 图 6 当 1 号传感器检测到 1 号输液袋没有液体时，延时 30 s，启动 1 号电机，打 开 2 号输液袋的开关，将输液开关从常闭状态切换到常开状态，实现了药水的自 动切换。同时向手机和物联网平台发送语音：第一袋输液完毕。这里延时 30 s， 是为预防第一袋药液和第二袋药液混合在一起，造成药液污染，发生化学反应。 　图 7　常闭状态　 　　　　 图 8　常开状态 118 小学科学 + 生活融合实践研究 当 2 号传感器检测到 2 号输液袋没有液体时，启动 2 号直流电机，将输液开 关从常开状态切换到常闭状态，实现输液完毕后自动止液。同时向手机和物联网 平台发送语音：第二袋输液完毕，请前往拔针。 图 9　常闭状态 如果还有第 3 袋药水，只需手动将 1 号传感器贴在 3 号袋上，当然也可以选 择使用有 3 个传感器的智能控制器。 2. 实时监测、远程控制 当启动设备后，通过控制器的 Wi-Fi 模块将输液的状态、输液时间，输液时 的室内温度实时地上传到物联网平台，通过物联网平台，手机 App，可以实时查 看输液的各种数据。在输液过程中，如果发生异常，可以通过手机 App 或物联网 平台远程控制输液开关，同时发送语音：输液异常，请前往处置，以防止意外的发生。 图 10　物联网控制平台 3. 自动加温 冬天在给患者进行输液时，由于温度较低，常常导致病人四肢发冷，甚至麻木、 119 第四部分　学生论文 疼痛，严重时会出现血管痉挛等症状。当环境温度低于 20 ℃时，智能控制器会自 动对液体进行加温，加热指示灯亮，从而提高输液舒适感。 加热恒温元件 温度传感器 加热指示灯 图 11 五、创新点 ①实现多袋药液的自动换水、输完后自动止液。 ②通过手机 App、物联网实现输液过程的实时监测、远程控制。 ③在冬天室内温度较低时，能自动对液体加温。 六、适用范围 1 号电机位置 电热恒 温元件 非接触式液 位传感器 2 号电机位置 温度传感器 加热指示灯 蜂鸣器 图 12 本控制器利用已有的物联网平台进行数据监控，成本低，不但适用于个人， 也同样适用于诊所、医院，在用于诊所和医院时，要对所有的控制器进行统一的 120 小学科学 + 生活融合实践研究 管理，同时对接诊所、医院护士站的呼叫系统和显示屏。如果对接诊所、医院护 士站的呼叫系统和显示屏，只需要给呼叫系统和显示屏分别发送语音信息和文字 信息。 七、改进设想 ①由于检测液体的传感器体积过大，导致设计的外观不够美观，争取能找到 一种体积较小能直接检测通过输液管药液的光电传感器。 ②争取将控制器的主机和传感器都集成在较小的控制板上，这样就能大大减 小控制器的尺寸，更加方便使用。 总之，我们设计的基于物联网的智能输液监测控制器还有很多不足，还需要 在实践的过程中不断地改进和完善。 （第 35 届重庆市青少年科技创新大赛创新发明一等奖，指导教师：张俊锋）