本實用新型涉及醫(yī)療靜脈輸液控制技術領域，具體涉及一種靜脈注射的藥液滴速控制裝置。

背景技術：

靜脈輸液相關的技術操作是護理中最重要的一項工作，靜脈輸液又是臨床常用的給藥途徑之一，在單位時間內給多少量的藥液，對治療疾病的效果起著一定的作用。因此在靜脈輸液操作過程中，一個關鍵的環(huán)節(jié)是根據(jù)患者年齡、身體情況和注射的藥液種類等來控制藥液的滴速。傳統(tǒng)滴速調節(jié)過程中，醫(yī)護人員需要手動操作塑料管夾，通過收緊或放松塑料管夾來改變藥液流量，最終達到控制藥液滴速的目的。這種傳統(tǒng)的人工控制方式操作簡單，易于實現(xiàn)，但是其控制實時性較差，控制精度不高，大大增加了醫(yī)療事故發(fā)生的概率。此外，人工控制的方式無法對多個病人的輸液進行統(tǒng)一監(jiān)控，也無法對輸液進程進行完整的記錄，不利于醫(yī)院的信息化管理，弊端日益明顯。因此，根據(jù)靜脈輸液過程的特點，設計一種合適的自動控制算法及裝置，對于輸液過程的智能化以及信息化發(fā)展具有重要意義。

目前針對藥液滴速控制方面的算法主要是基于負反饋的固定參數(shù)比例積分微分(Proportion Integral Derivative，PID)控制。這類方法雖然實現(xiàn)簡單，但是控制效果并不理想。其缺點主要有兩方面：首先，反饋環(huán)節(jié)延時較大，而且延時長短還會隨滴速的變化而變化，當?shù)嗡佥^慢時，獲取反饋信息也需要較長的時間，可能導致控制精度降低，穩(wěn)定性變差。其次，控制性能較差，由于執(zhí)行單元(電機)轉動步長與藥液滴速并不是嚴格的線性對應關系，在不同的輸液速度下，電機轉動相同的步長可能對滴速造成不同的影響，當給定藥液滴速值變化幅度較大時，固定參數(shù)PID算法難以按照指定精度進行快速控制。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題是現(xiàn)有對靜脈輸液的藥液滴速進行控制的方法所存在的精度低和速度慢的問題，提供一種靜脈注射的藥液滴速控制裝置。

為解決上述問題，本實用新型是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種靜脈注射的藥液滴速控制裝置，由控制單元、執(zhí)行單元和反饋單元組成；上述控制單元包括給定輸入電路和控制器模塊；上述執(zhí)行單元包括驅動電路、步進電機和傳動機構；上述反饋單元包括光電傳感器和斯密特觸發(fā)器。給定輸入電路的輸出端連接控制器模塊的給定輸入端?？刂破髂K的控制輸出端連接驅動電路的輸入端，驅動電路的輸出端與步進電機的輸入端相連，步進電機的輸出端連接傳動機構的輸入端，傳動機構的輸出端連接被控對象即藥液夾。光電傳感器正對輸液滴管，光電傳感器的輸出端連接斯密特觸發(fā)器的輸入端，斯密特觸發(fā)器的輸出端連接控制器模塊的反饋輸入端。

上述裝置中，所述控制器模塊包括乘法器、模糊控制器、PID控制器和切換開關構成；乘法器一輸入端連接給定輸入電路的輸出端；乘法器的另一輸入端連接斯密特觸發(fā)器的輸出端。模糊控制器的給定輸入端連接乘法器的輸出端，模糊控制器的誤差輸入端連接給定輸入電路的輸出端；模糊控制器的控制量輸出端與切換開關的一輸入端連接。PID控制器的誤差輸入端連接乘法器的輸出端，PID控制器的參數(shù)輸入端連接模糊控制器的參數(shù)輸出端；PID控制器的控制量輸出端與切換開關的另一輸入端連接。切換開關的輸出端連接驅動電路。

上述裝置中，所述給定輸入電路為實體給定輸入電路、觸屏給定輸入電路和/或無線通信輸入電路。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下特點：

1、將已知的模糊控制器和已知的PID控制器相結合應用于藥液滴速控制技術中，實現(xiàn)了以較高準確率對靜脈輸液過程中藥液滴速進行快速自動檢測。同時通過模糊控制器來動態(tài)調整PID控制參數(shù)，解決了傳統(tǒng)藥液滴速控制系統(tǒng)中的非線性問題和反饋環(huán)節(jié)延遲問題，實現(xiàn)了對藥液滴速的快速、穩(wěn)定控制。

2、采用光電傳感器實現(xiàn)滴速檢測，使液滴檢測更加穩(wěn)定。

3、提供了一個全新的人機交互通道，利用彩色液晶屏可以增加人機界面的友好性，提供了用于參數(shù)輸入的全數(shù)字鍵盤，使得設備易于使用和推廣。

附圖說明

圖1是一種靜脈注射的藥液滴速控制裝置的結構示意圖。

圖2是一種靜脈注射的藥液滴速控制裝置的工作原理示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。

一種靜脈注射的藥液滴速控制裝置，如圖1所示，由控制單元、執(zhí)行單元和反饋單元組成。

上述控制單元包括給定輸入電路和控制器模塊。給定輸入電路的輸出端連接控制器模塊的給定輸入端。在本實用新型中，所述給定輸入電路可以實體給定輸入電路，即通過實體按鍵電路鍵入給定信號；可以為觸屏給定輸入電路，即通過觸摸顯示屏鍵入給定信號；也可以為無線通信輸入電路，即通過無線模塊接收外部發(fā)送的給定信號。

上述執(zhí)行單元包括驅動電路、步進電機和傳動機構?？刂破髂K的控制輸出端連接驅動電路的輸入端，驅動電路的輸出端與步進電機的輸入端相連，步進電機的輸出端連接傳動機構的輸入端，傳動機構的輸出端連接被控對象即藥液夾。在本實用新型中，所述控制器模塊包括乘法器、模糊控制器、PID控制器和切換開關構成。乘法器一輸入端連接給定輸入電路的輸出端。乘法器的另一輸入端連接斯密特觸發(fā)器的輸出端。模糊控制器的給定輸入端連接乘法器的輸出端，模糊控制器的誤差輸入端連接給定輸入電路的輸出端。模糊控制器的控制量輸出端與切換開關的一輸入端連接。PID控制器的誤差輸入端連接乘法器的輸出端，PID控制器的參數(shù)輸入端連接模糊控制器的參數(shù)輸出端。PID控制器的控制量輸出端與切換開關的另一輸入端連接。切換開關的輸出端連接驅動電路。

上述反饋單元包括光電傳感器和斯密特觸發(fā)器。光電傳感器正對輸液滴管，負責對液滴進行檢測。光電傳感器的輸出端連接斯密特觸發(fā)器的輸入端，斯密特觸發(fā)器負責將模擬信號轉化為數(shù)字信號，斯密特觸發(fā)器的輸出端連接控制器模塊的反饋輸入端。

上述裝置的工作過程如下：首先使用者根據(jù)顯示裝置中的工作界面指令產(chǎn)生藥液滴速給定藥液滴速值；然后控制單元根據(jù)給定滴速與當前反饋滴速信號之間的誤差值，按照控制算法產(chǎn)生控制指令，控制算法同時處理執(zhí)行單元中電機轉動步長與藥液滴速之間的非線性問題以及反饋單元中的延遲問題；接著執(zhí)行單元的步進電機按照控制指令來收緊或者放松藥液塑料管；同時反饋單元再次對當前滴速信號進行測定并將其反饋給控制器，以便進行下一次控制指令的發(fā)出。在進行控制時，以給定藥液滴速值的大小以及藥液滴速誤差值的大小作為模糊控制器的輸入，電機步進角度控制量u以及PID動態(tài)參數(shù)作為輸出。模糊控制器輸出的模糊控制量與PID控制器輸出的PID控制量通過一個切換開關進行選擇。當藥液滴速誤差值絕對值|e|大于等于切換閥值時切換為模糊控制，當藥液滴速誤差值絕對值|e|小于切換閥值時切換為PID控制，以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度。參見圖2。

上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。