第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

在医疗健康领域，静脉输液作为临床治疗中最常用的给药方式之一，其应用范围覆盖了从常规补液到危重症抢救等多个场景，每年全球范围内的输液人次数以十亿计。输液过程的安全性、精准性与高效性，不仅直接影响治疗效果，更是保障患者生命安全的关键环节。传统输液模式下，医护人员需要定时巡检输液状态，通过肉眼观察液位变化以避免药液耗尽导致的空气进入血管等风险，同时依靠手动旋转输液器滚轮来调节滴速，以适应不同患者的年龄、病情及药物特性需求。这种依赖人工操作的模式，在医疗资源紧张的背景下，不仅大幅增加了医护人员的工作负荷，尤其在夜间、急诊等高负荷时段，极易因疲劳或注意力分散导致监护疏漏，进而引发诸如液位过低未及时处理、滴速异常未被察觉等问题，这些问题轻则影响治疗效果，重则可能导致严重的医疗事故，给患者带来身心伤害，也给医疗机构带来医疗纠纷风险。

随着人口老龄化加剧、慢性病发病率上升以及医疗服务需求的不断增长，各级医疗机构的诊疗压力持续增大，医护人员与患者的配比往往处于紧张状态，传统输液模式的局限性愈发凸显。当前，尽管部分医疗机构引入了简单的输液报警器，但其功能多局限于单一的液位过低报警，缺乏对输液速度的精准调控能力，且无法实现远程干预；同时，现有设备在操作便捷性上存在明显不足，手动调节精度低，难以满足儿童、老年人、危重症患者等特殊群体对输液速度的精细化要求。此外，在隔离病房、传染病区等特殊场景中，医护人员频繁进入病房进行手动调节，不仅增加了交叉感染的风险，也降低了护理效率。

在此背景下，研发一套集成实时监测、自动报警、多模式调速及远程控制功能的智能输液监控系统，具有重要的现实意义和应用价值。该系统能够通过自动化技术替代传统的人工监护模式，实时捕捉液位变化并及时预警，精准调节输液速度以匹配患者个体需求，同时支持医护人员通过无线方式远程操作，有效减少人为失误，降低医疗风险。这不仅能显著减轻医护人员的工作负担，优化医疗资源配置，提升护理工作的效率与质量，更能为患者提供更安全、更舒适的治疗体验，对于推动医疗护理向智能化、精准化方向发展，完善医疗服务体系，具有不可忽视的实践意义。

1.2 国内外研究现状

在全球医疗智能化浪潮的推动下，静脉输液监控系统的自动化与精准化已成为医学工程领域的研究热点，国内外学者及企业围绕这一课题展开了广泛探索，形成了各具特色的技术路径与应用方向。  

国外对智能输液监控的研究起步较早，技术体系相对成熟。早期研究多聚焦于液位监测的自动化，如采用红外对管、超声波传感器实现液位非接触式检测，通过预设阈值触发报警，减少人工巡检依赖。随着控制技术的发展，流速调节逐渐向精准化迈进，部分系统引入步进电机或伺服电机驱动输液管路夹闭机构，结合PID算法实现流速的闭环控制，精度可达±1滴/分钟，能满足化疗、新生儿输液等高精度需求。同时，远程交互功能成为研究重点，蓝牙、Wi-Fi及ZigBee等无线通信技术被广泛应用，医护人员可通过移动终端实时查看输液参数并远程调速，部分系统还与医院信息系统（HIS）对接，实现数据自动归档。但国外方案普遍存在成本高昂、系统复杂的问题，且多针对高端医疗场景设计，在基层医疗机构的适应性较弱，难以满足大规模普及需求。  

国内研究则更注重实用性与成本控制，近年来呈现快速发展态势。早期研究以液位报警为核心功能，通过简单的电阻式传感器或浮球开关触发蜂鸣器报警，虽成本低廉，但功能单一，缺乏流速调节能力。随着单片机技术的普及，以STC89C52、Arduino等为核心的控制系统逐渐成为主流，集成了液位监测、流速显示、手动调速等功能，如采用LCD1602实时显示参数，通过按键实现流速分级调节，部分系统引入步进电机与驱动模块（如ULN2003A），初步实现了流速的自动化控制。无线通信方面，蓝牙模块（如HC-05、ECB02）因成本低、易集成，被广泛用于远程控制功能开发，支持手机APP与设备的双向通信。然而，国内研究仍存在明显短板：多数系统的流速调节依赖经验值设定，缺乏基于患者体重、药物特性的智能适配算法；液位监测易受气泡、药液颜色影响，精度稳定性不足；部分系统的无线通信距离有限，且与医院现有信息化平台的兼容性较差，难以融入整体医疗管理体系。  

总体而言，国内外研究均致力于解决传统输液模式的安全性与效率问题，但现有方案在成本、精度、适应性及系统集成度等方面仍有提升空间。尤其在基层医疗资源紧张的背景下，研发一套低成本、多功能、易操作的智能输液监控系统，既能满足液位实时监测、精准调速、远程干预等核心需求，又能适配不同医疗场景，具有重要的现实意义。

1.3 研究内容与方法

本研究围绕基于STC89C52单片机的智能输液监控系统展开，核心内容包括硬件架构搭建与软件功能开发。硬件方面，以STC89C52为控制核心，集成水位传感器实现液位实时采集，通过ULN2003A驱动步进电机调节输液管路夹闭程度以控制流速，搭配LCD1602显示屏直观呈现液位与速度参数；同时接入有源蜂鸣器作为报警单元，独立按键用于手动调速，蓝牙模块（ECB02）实现无线通信。软件层面，开发数据处理算法，将传感器信号转化为液位状态，设定阈值触发蜂鸣器报警；设计速度调节逻辑，通过步进电机步距角控制实现流速精准调节，支持手动按键分级调节与蓝牙远程参数设定。研究过程中，采用模块化调试法，先分别测试传感器精度、电机响应速度、通信稳定性等，再进行系统集成调试，通过模拟不同液位与流速场景验证功能可靠性，最终形成兼具实用性与经济性的智能监控方案。