一种便携式人体自动输液泵输液系统的开发

输液器的最大输液速度为200 gtt/min(10 ml/min)，可算出输液时每分钟内驱动脉冲的最大数目Nmax为：

Nmax=200 N=3 800

通过键盘可以以药液流量和输液滴速两种方式设置输液速度，由于程序中的最小单位为滴，所以首先将药液流量方式下设置的输液速度转换为输液滴速，则药液流量V_M(ml/min)的输液滴速当量G_M(gtt/min)为：

G_M=20V_M

根据上面的推导，对于设定的输液滴速当量G_M，需要在每分钟内产生的驱动脉冲数目为19G_M，可推得微控制器TMS320LF2407A定时器1产生周期中断的周期寄存器T1PR值为：

在1～200 gtt/min的输液速度范围内，定时器1产生周期中断的周期寄存器T1PR的范围应为：1 578 948～7 895 μs。TMS320LF2407A取CLKIN为10 MHz，CLKOUT为4×CLKIN= 40 MHz，Timer1为连续增计数模式，预分频值为64，定时器时钟为0.625 MHz，最大的定时周期为104 856μs。因此程序中设置一个全局变量count，如图6所示。每次执行中断服务程序时对变量count加1计数，并判断是否达到设置的计数累计时间，若没有达到累计时间，则等待下一次中断，并重复判断过程。

当设定好输液速度后，DSP会自动将对应的装载初值存入周期寄存器T1PR中，并把计数寄存器T1CNT清零，按下“运行”键后，定时器便从零开始计数，直到溢出产生周期中断，进入中断服务程序，计数寄存器T1CNT重新赋零，清除定时器1周期中断标志，count计数到时，使信号SM_CLK的电平发生翻转，然后等待下一次中断，则SM_CLK所在引脚按照一定周期产生占空比为1/2的PWM脉冲。这样，步进电动机在该PWM负脉冲信号的上升沿向前步进一个步距角度。

3 输液速度闭环检测电路设计

输液速度检测电路由美国HONEYWELL公司的小型触力传感器FSS1500NST、ADI公司的微功耗集成仪表放大器AD623、微功耗电压基准源ADR361等元件组成。输液速度检测电路原理如图7所示。

FSS1500NST使用专门设计的精制压电硅电阻传感元件，具有精密可靠的力传感性能。具有小功率、无放大、无补偿特点的惠斯通电桥电路设计，该传感器通过不锈钢球，将施加的触力直接集中到硅传感元件上，电阻值随施加力而变化，可在测力范围内提供稳定mV级输出信号。其主要参数如下：

工作力为0～1 500g，零位偏置为0 mV，灵敏度为0.12 mV/g，输入电阻为5.0 kΩ，输出电阻为5.0 kΩ。

惠斯通电桥就是利用压电电阻的高级触力传感器，这个结构可以测量桥式电路两臂平衡时其中一个臂上的未知电阻，如图7所示的压电电阻R1。激励电压或激励电流被施加于桥上，施加到压电元件的压力可以改变该电阻，因此产生电压变化。原理如下：

取R1=R2=R3=R4时，被测量使电阻R1产生一个△R1，得到：

AD623提供轨到轨满电源幅度输出，采用单电源(+3～+12 V)或双电源(±2.5～±6 V)供电;它可以测量差分电压，最大工作电流仅为85 mA，非常适合电池供电的便携式设备;具有低失调电压、低失调漂移与低增益误差等特点，从而使误差最小;在AD623的参考引脚施加低阻抗电压源可以改变输出电压;增益通过一只外接电阻可方便地调节。无外接电阻RG时，被设计为单位增益(G=1)，接入电阻RG时，增益可高达1000，计算公式为：

RG=100 kΩ(G-1)

ADR361提供稳定的2.5 V输出电压。经过放大的输出信号加上基准电压2.5 V，作为模拟信号Uo输出到DSP进行A/D转换，ADR361使信号Uo处于DSP的有效输入范围内。

由于输液泵是靠输液管挤压进行输液，不可避免存在脉动问题，测得的输液管压力随之存在脉动。DG-1蠕动泵有10个滚轮，步进电机8拍方式工作，步距角为0.9°，则步进电机转360°需要400个脉冲，输液管脉动频率为40个脉冲。设计中采用每个电机驱动脉冲上升沿到来时，步进电机转动一步的同时启动A/D转换，40次A/D转换的值取算术平均值作为一个脉动周期的压力值。以所设置输液速度的压力值为基准，当压力或高或低时对TMS320LF2407A定时器1周期中断的周期寄存器T1PR的预置值进行调整，改变PwM脉冲的周期，以上下调整步进电机的运行速度，使输液始终稳定为所设置的输液速度。

4 输液速度实验

初次使用或更换输液管时，应利用量杯先校准输液泵的精度，根据精度值789.5μs/ml修正步进电机驱动脉冲的定时范围7 895～1 578 948 μs。

为尽量减少实验数据在测试时的误差，分别进行3次实验，对获得的3组数据取平均值，同时为判断3次测量结果波动情况，计算了3次测量结果中最大值和最小值的差值，结果如表1所列。从实验数据可以看出，输液速度误差基本可以控制在3%的范围内，同时，3次测量的输液速度基本保持一致，说明输液的稳定性较好。

结语

该自动控制系统解决了便携式自动输液泵输液速度的自动控制问题，实现了输液过程中输液速度较为精确的控制，提高了便携式自动输液泵输液的安全性和可靠性。