基于嵌入式的术后引流负压吸引器的设计

气压传感器设计：气压传感器用于对负压吸引器产生的负压进行精确舅量，使用亚科电子科技公司的TTP501型气压传感器，一种桥式硅压阻器件，其压力测量范围为0～120kPa，工作电流为0．3 mA，输出电压范围为0．5～3 V，精度高于1％。利用此传感器可以实现对负压的精确测量。
pH值传感器设计：体液pH值为医学中的重要参数，对pH值的精确测量可以有效监控患者的体内代谢状况。使用有高电压PMOS管和高压二极管优点的运放CA3140组成双高阻差分输入电路以减小共模信号的干扰。输出电压：V0=(1+2R4／Rg)·(R3／R2)·(V2-V1)。

同时应用DS18B20数字温度传感器结合软件的设计完成温度补偿以提高测量精度。pH计的功耗约100 mW。测量精度可达±0．01 pH。
2．4 控制部分
人机交互模块：用于用户指令的输入，显示所测量的体内体液参数。显示模块使用诺基亚5110液晶显示屏实现，与主控模块之间的通信通过SPI接口实现，具有功耗低、控制简便等优点。
异常报警模块：主要由有源蜂鸣器及一个NPN型三极管8050构成。当主控模块输出报警信号时，给8050基极施加高电平，有源蜂鸣器发出洪亮的报警声，提示医护人员进行相应操作。
主控模块：主要以STM32为核心，完成本系统的数据分析、功能控制、显示及针对系统数据的反馈处理。STM32 F103是一款32位单片机，AD数据采集的精度极高。具有2个12位AD转换器(16通道)以及6路PWM输出和7个定时器，足以实现对各功能模块的自动控制、信号采集和处理。

3 系统软件设计
本系统软件开发是基于Keil for ARM的开发环境下完成的。主要使用C语言编写。软件包括各个模块的底层驱动及数据的采集和处理。系统软件流程图如图7所示。

系统上电初始化，使用定时中断方式扫描按键输入，并定时在液晶显示屏上更新显示当前的瓶内气压、总流量、平均流速、pH值等参数。这部分程序在中断函数中，已在主体部分流程图中省略。
系统工作之前先由医护人员选择脏器手术类型，系统会据所需的负压引流的门限压强每30 s检测一次检测容器的气压，并动态控制薄膜泵引流体液，以保证瓶内稳定的负压。当瓶内的气压大于门限气压时，系统依次打开薄膜泵1和电磁阀1，以防止瞬间的倒灌现象。
当液体被抽到缓冲容器中后，STM32使用12位AD采样称重传感器模块输出的信号并计算得出每次注入的体液的质量，并计算体液所占的体积。最后，控制后级的薄膜泵2和电磁阀2将称量后的体液注入吸收容器之中。并累加计算吸收容器吸收的液体体积，能及时提醒医护人员及时更换后级的吸收剂。

4 系统测试
4．1 气压传感器压力测试
引流的压力测试结果如表1所示。

4．2 液位流量测试
引流的流量测试结果如表2所示。
综上可见：压力测试模块的平均误差为0．52％，满足设备的要求。
流量检测模块的平均误差为1．9％，满足设备的要求。

5 结论
为了能够使手术后病人能够更加安全、方便地排出体液，文中设计实现了“基于嵌入式的术后引流负压吸引器”。该系统能够智能设定负压大小并同时在抽取体液的过程中对病人的人体状态进行必要的检测。对抽取的体液在流量、重量、pH值等方面进行精确控制和测量，使得体液抽取工作具有可靠性高，实现方便、使用方便等优点。具有较为广阔的应用前景。