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(fèi)的依據(jù)，對病人則按吸氧時間計費(fèi)。這種計費(fèi)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(jìn)，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(fèi)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(jī)構(gòu)評估和認(rèn)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(jī)進(jìn)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(jìn)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(jìn)制數(shù)規(guī)則進(jìn)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(zhǔn)編碼盤徑向的4個編碼區(qū)，當(dāng)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(jī)。AT89C55單片機(jī)對這些編碼進(jìn)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(fèi)計算機(jī)。
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?fàn)顟B(tài)，白色對紅外光的反射很強(qiáng)，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(jī)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(jī)每分鐘讀一次編碼信息并計算流量，同時進(jìn)行存儲和顯示，單片機(jī)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。
2．4 顯示裝置
顯示裝置采用SMGl9264液晶模塊電路作為顯示器，其主體電路如圖4所示。
2．5 操作面板
操作面板上共有開始／結(jié)束、設(shè)置、上／下調(diào)、查詢、清零5個操作鍵，其主體電路如圖5所示。
2．6 電源部分
單片機(jī)及外圍所連接的芯片工作電壓要求為+5 V。先將220 V的交流電壓經(jīng)交流到直流的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換到+9 V，再將+9 V電壓通過穩(wěn)壓器穩(wěn)壓到+5 V對系統(tǒng)供電。考慮到電源部分的抗干擾問題，有必要加上光電隔離，以防止影響整個系統(tǒng)的正常工作。主要電路如圖6所示。
2．7 RS232串行接口
RS 232串行接口是單片機(jī)和上位計算機(jī)進(jìn)行通信的必備環(huán)節(jié)。AT89C55單片機(jī)片內(nèi)包含了一個全雙工的可編程的串行I／O端口，在串行通信中采用RS 232標(biāo)準(zhǔn)。RS 232標(biāo)準(zhǔn)的電平采用負(fù)邏輯，規(guī)定+3～+15 V之間的任意電平為邏輯“O”，-3～-15 V之間的任意電平為邏輯“1”，通信時要將TTL或CMOS電平轉(zhuǎn)換為RS 232電平，本設(shè)計采用MAX232芯片來完成電平轉(zhuǎn)換，其電路如圖7所示。
3 軟件設(shè)計
軟件設(shè)計采用單片機(jī)C語言設(shè)計，總程序設(shè)計包括：時間設(shè)置模塊設(shè)計、流量設(shè)置模塊設(shè)計、計量模塊設(shè)計、查詢模塊設(shè)計、顯示模塊設(shè)計、清零模塊設(shè)計、操作鍵設(shè)置模塊設(shè)計等，其總程序流程圖如圖8所示。
4 結(jié)語
給出了一種簡單實用、安全可靠、成本低廉的智能型醫(yī)用氧氣流量計的設(shè)計和實現(xiàn)方法。在不改變醫(yī)院現(xiàn)有吸氧系統(tǒng)及設(shè)施的基礎(chǔ)上，利用本儀器就能方便地解決病人吸氧時按吸氧量計費(fèi)的問題，具有較高的推廣價值，將會為我國的醫(yī)療改革做出貢獻(xiàn)。