一种基于单片机的输液空气监测系统及方法技术方案

本发明专利技术属于医疗辅助设备领域，公开了一种基于单片机的输液空气监测系统及方法，包括空气检测模块、信号放大模块、A/D转换模块、反馈模块、识别模块、单片机模块、滤波电路模块、状态评估模块、显示模块、输入模块、空气监测分析模块、报警模块。本发明专利技术通过对输液患者的输液器进行空气监测，避免气泡或者大量空气进入输液管道，排除安全隐患，特别是加压输液时，保证患者安全；同时可实时分析并显示病人的个人信息、治疗信息、治疗过程对比分析、模拟康复日期等；有利于提升医院的信息化管理，增强了患者输液过程的安全性，提高了医护人员的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单片机的输液空气监测系统及方法
本专利技术属于医疗辅助设备领域，尤其涉及一种基于单片机的输液空气监测系统及方法。
技术介绍
目前，医疗设备的发展越来越快，对于医疗辅助设备的要求也越来越高，输液作为常规医疗手段在患者治疗过程中起到举足轻重的作用，然而现有输液器缺少空气监测装置，当空气进入输液器中，会随着药液进入血管使血管发生栓塞，致使心跳停止，造成极其严重的后果，现有输液器存在巨大的安全隐患。综上所述，现有技术存在的问题是：现有输液器缺少空气监测装置，无法满足是使用者的需要。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于单片机的输液空气监测系统及方法。本专利技术是这样实现的，一种基于单片机的输液空气监测系统及方法包括：用于检测空气成分的空气检测模块；与空气检测模块相连接，用于对监测的空气成分信号的放大信号的信号放大模块；与信号放大模块相连接，用于将模拟信号转换为数字信号的A/D转换模块；与A/D转换模块相连接，用于对信号进行反馈控制的反馈模块；与反馈模块相连接，用于信号识别的识别模块；与识别模块相连接，用于对信号的处理与存储的单片机模块；与单片机模块相连接，用于对信号过滤的滤波电路模块和信息状态评估的状态评估模块；所述单片机模块的无线定位方法具体包括以下步骤：待定位节点O通信范围内的锚节点坐标为Ai(xi,yi)，其中i＝0,1,…,n(n≥4)；步骤一：待定位节点对接收信号r(t)进行采样得到采样信号r(n)，其中，n＝0,1,…,N-1，N表示OFDM符号包含的子载波个数，同时记录所接收到的信号的发送节点为Ai(xi,yi)；步骤二：根据采样信号r(n)，计算互相关值E：步骤三：根据对数距离路径损耗模型，如下公式计算待定位节点与锚节点Ai之间的距离：Pr(di)＝Pr(d0)-10·γlg(di)+Xσ；其中，Pr(d′i)表示距离发送端距离为di′时获取的互相关值，Pr(d0)表示距离发送端d0＝1米处获取的互相关值，γ表示路径损耗因子，lg(·)表示底为10的对数运算，Xσ服从均值为0、标准差为σ的高斯分布；利用上式计算出各个锚节点与待定位节点O之间的距离分别为d′i，对应的锚节点的坐标分别为Ai(xi,yi)，其中i＝0,1,2,…,n；步骤四：根据自适应距离修正算法，估计出待定位节点的坐标O(x,y)；步骤二的具体方法包括：第一步，构建由连续m个OFDM符号中相同采样位置上长度为l连续采样序列所组成的相关窗，则与该相关窗对应的对数似然函数Λ(τ)表示为：其中，自变量τ表示相关窗起始点，m表示连续的OFDM符号的数目；第二步，将相关窗滑动N+L个采样点长度，获取对数似然函数Λ(τ)的最大值，该值所对应的采样时刻即为OFDM符号的起始位置其中，表示函数取得最大值时自变量τ的取值，Λ(τ)表示对数似然函数，m表示连续的OFDM符号的数目，l表示相同采样位置上连续采样序列的长度，r(n)表示采样信号，N表示OFDM符号包含的子载波个数，L表示OFDM符号中循环前缀部分采样点的数目，|·|是求模运算符；第三步，根据OFDM符号的起始位置计算互相关值E：步骤四具体包括：第一步，选定差分修正点，确定定位交点坐标和复数定位交点，计算定位交点间距离；从d′i(i＝0,1,2,…,n)中选择距离值最小的锚节点A0为差分修正点，再从剩余的距离值中取出3个最小的距离值，假设这3个为距离值分别d′1、d′2和d′3，对应的锚节点坐标分别为A1(x1,y1)、A2(x2,y2)和A3(x3,y3)，分别以锚节点Ai(xi,yi)为圆心，d′i为半径作三个定位圆i，其中i＝1,2,3，三个定位圆的相交情况共有6种，两个圆之间存在两个交点，这两个交点为两个相等的实数交点，或两个不相等的实数交点，或两个复数交点；从两个定位圆的两个交点中，选择与第三定位圆圆心坐标的距离较小的那个交点作为定位交点，以参与待定位节点的定位；由3个定位圆确定三个定位交点及复数定位交点的个数m′，由定位圆2和定位圆3确定的定位交点坐标为A′(x1,y1)、由定位圆1和定位圆3确定的定位交点的坐标为B′(x2,y2)，由定位圆1和定位圆2确定的定位交点的坐标为C′(x3,y3)，定位交点A′与B′、B′与C′、A′与C′的距离分别为d12、d23、d13：第二步，设置阈值T，个体差异系数修正系数ω，参数λ(λ>0)；第三步，根据三个定位交点之间的距离d12、d23和d13的大小，判断是否需要对d′1、d′2、d′3进行修正，若d12<T、d23<T、d13<T，则无需对d′1、d′2、d′3进行修正，执行第五步，否则，需要对d′1、d′2、d′3进行修正，执行第四步；第四步，调节三个测量距离的方向修正因子λ1、λ2和λ3，根据如下自适应距离修正公式修正d′1、d′2、d′3，得到修正距离为d1、d2、d3：其中，di表示待定位节点与锚节点Ai之间的修正距离，d0i表示差分修正点A0与锚节点Ai之间的实际距离，d′0i表示差分修正点A0与锚节点Ai之间的测量距离，ω表示个体差异系数修正系数，λi表示方向修正因子，exp(·)表示指数函数；根据修正后的距离d1、d2、d3，重新求解修正后的三个定位交点间的距离d12、d23、d13，返回第三步；第五步，根据如下公式，计算出待定位节点的定位坐标O(x0,y0)：其中，α1、α2、α3分别表示x′1、x′2、x′3的权重，β1、β2、β3分别表示y′1、y′2、y′3的权重；与状态评估模块相连接，用于显示信息的显示模块；所述显示模块色彩信息标定方法具体包括以下步骤：步骤一、选择标定色卡与标定光源，标定色卡不少于24个色样，根据标定色卡N个色样的光谱反射比ρi(λ)和标定光源的光谱强度分布结合CIE1931标准色度系统的色匹配函数通过下面两个公式计算出标定色卡N个色样在CIE1931标准色度系统下的CIEXYZ三刺激值(Xi,Yi,Zi)；通过下式计算出标定光源在CIE1931标准色度系统下的CIEXYZ三刺激值(XW,YW,ZW)；其中，Δλ是计算时所采用的光谱采样间隔，取5nm，i为标定色卡N个色样的序号，i＝1,2,3,…,N；步骤二、将步骤一所获的(Xi,Yi,Zi)和(XW,YW,ZW)代入下面两个公式，计算出每个色样在均匀色彩空间CIELAB的坐标步骤三、分别采用参照成像系统和待标定成像系统，对标定光源下的N个色样进行成像，记录获取数字图像的色彩信息，读取每个色样在两个成像系统中对应的数字驱动值(RSi,GSi,BSi)和(RTi,GTi,BTi)；步骤四、对于待标定成像系统，根据步骤二所获的N个色样CIELAB坐标和步骤三所获的N个色样数字驱动值(RTi,GTi,BTi)，采用最小二乘法拟合出下式中由(RTi,GTi,BTi)预测至的映射矩阵MT，MT为3×11矩阵；步骤五、对于参照成像系统，根据步骤二所获的N个色样CIELAB坐标和步骤三所获的N个色样数字驱动值(RSi,GSi,BSi)，采用最小二乘法拟合出由预测至(RSi,GSi,BSi)的映射矩阵HSI，HSI为3×10矩阵；步骤六、对于待标定成像系统在任意成像环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单片机的输液空气监测系统，其特征在于，所述基于单片机的输液空气监测系统包括：用于检测空气成分的空气检测模块；与空气检测模块相连接，用于对监测的空气成分信号的放大信号的信号放大模块；与信号放大模块相连接，用于将模拟信号转换为数字信号的A/D转换模块；与A/D转换模块相连接，用于对信号进行反馈控制的反馈模块；与反馈模块相连接，用于信号识别的识别模块；与识别模块相连接，用于对信号的处理与存储的单片机模块；与单片机模块相连接，用于对信号过滤的滤波电路模块和信息状态评估的状态评估模块；所述单片机模块的无线定位方法具体包括以下步骤：待定位节点O通信范围内的锚节点坐标为Ai(xi,yi)，其中i＝0,1,…,n(n≥4)；步骤一：待定位节点对接收信号r(t)进行采样得到采样信号r(n)，其中，n＝0,1,…,N‑1，N表示OFDM符号包含的子载波个数，同时记录所接收到的信号的发送节点为Ai(xi,yi)；步骤二：根据采样信号r(n)，计算互相关值E：步骤三：根据对数距离路径损耗模型，如下公式计算待定位节点与锚节点Ai之间的距离：Pr(di)＝Pr(d0)‑10·γlg(di)+Xσ；其中，Pr(d′i)表示距离发送端距离为d′i时获取的互相关值，Pr(d0)表示距离发送端d0＝1米处获取的互相关值，γ表示路径损耗因子，lg(·)表示底为10的对数运算，Xσ服从均值为0、标准差为σ的高斯分布；利用上式计算出各个锚节点与待定位节点O之间的距离分别为d′i，对应的锚节点的坐标分别为Ai(xi,yi)，其中i＝0,1,2,…,n；步骤四：根据自适应距离修正算法，估计出待定位节点的坐标O(x,y)；步骤二的具体方法包括：第一步，构建由连续m个OFDM符号中相同采样位置上长度为l连续采样序列所组成的相关窗，则与该相关窗对应的对数似然函数Λ(τ)表示为：...

【技术特征摘要】
1.一种基于单片机的输液空气监测系统，其特征在于，所述基于单片机的输液空气监测系统包括：用于检测空气成分的空气检测模块；与空气检测模块相连接，用于对监测的空气成分信号的放大信号的信号放大模块；与信号放大模块相连接，用于将模拟信号转换为数字信号的A/D转换模块；与A/D转换模块相连接，用于对信号进行反馈控制的反馈模块；与反馈模块相连接，用于信号识别的识别模块；与识别模块相连接，用于对信号的处理与存储的单片机模块；与单片机模块相连接，用于对信号过滤的滤波电路模块和信息状态评估的状态评估模块；所述单片机模块的无线定位方法具体包括以下步骤：待定位节点O通信范围内的锚节点坐标为Ai(xi,yi)，其中i＝0,1,…,n(n≥4)；步骤一：待定位节点对接收信号r(t)进行采样得到采样信号r(n)，其中，n＝0,1,…,N-1，N表示OFDM符号包含的子载波个数，同时记录所接收到的信号的发送节点为Ai(xi,yi)；步骤二：根据采样信号r(n)，计算互相关值E：步骤三：根据对数距离路径损耗模型，如下公式计算待定位节点与锚节点Ai之间的距离：Pr(di)＝Pr(d0)-10·γlg(di)+Xσ；其中，Pr(d′i)表示距离发送端距离为d′i时获取的互相关值，Pr(d0)表示距离发送端d0＝1米处获取的互相关值，γ表示路径损耗因子，lg(·)表示底为10的对数运算，Xσ服从均值为0、标准差为σ的高斯分布；利用上式计算出各个锚节点与待定位节点O之间的距离分别为d′i，对应的锚节点的坐标分别为Ai(xi,yi)，其中i＝0,1,2,…,n；步骤四：根据自适应距离修正算法，估计出待定位节点的坐标O(x,y)；步骤二的具体方法包括：第一步，构建由连续m个OFDM符号中相同采样位置上长度为l连续采样序列所组成的相关窗，则与该相关窗对应的对数似然函数Λ(τ)表示为：其中，自变量τ表示相关窗起始点，m表示连续的OFDM符号的数目；第二步，将相关窗滑动N+L个采样点长度，获取对数似然函数Λ(τ)的最大值，该值所对应的采样时刻即为OFDM符号的起始位置其中，表示函数取得最大值时自变量τ的取值，Λ(τ)表示对数似然函数，m表示连续的OFDM符号的数目，l表示相同采样位置上连续采样序列的长度，r(n)表示采样信号，N表示OFDM符号包含的子载波个数，L表示OFDM符号中循环前缀部分采样点的数目，|·|是求模运算符；第三步，根据OFDM符号的起始位置计算互相关值E：步骤四具体包括：第一步，选定差分修正点，确定定位交点坐标和复数定位交点，计算定位交点间距离；从d′i(i＝0,1,2,…,n)中选择距离值最小的锚节点A0为差分修正点，再从剩余的距离值中取出3个最小的距离值，假设这3个为距离值分别d′1、d′2和d′3，对应的锚节点坐标分别为A1(x1,y1)、A2(x2,y2)和A3(x3,y3)，分别以锚节点Ai(xi,yi)为圆心，d′i为半径作三个定位圆i，其中i＝1,2,3，三个定位圆的相交情况共有6种，两个圆之间存在两个交点，这两个交点为两个相等的实数交点，或两个不相等的实数交点，或两个复数交点；从两个定位圆的两个交点中，选择与第三定位圆圆心坐标的距离较小的那个交点作为定位交点，以参与待定位节点的定位；由3个定位圆确定三个定位交点及复数定位交点的个数m′，由定位圆2和定位圆3确定的定位交点坐标为A′(x1,y1)、由定位圆1和定位圆3确定的定位交点的坐标为B′(x2,y2)，由定位圆1和定位圆2确定的定位交点的坐标为C′(x3,y3)，定位交点A′与B′、B′与C′、A′与C′的距离分别为d12、d23、d13：第二步，设置阈值T，个体差异系数修正系数ω，参数λ(λ>0)；第三步，根据三个定位交点之间的距离d12、d23和d13的大小，判断是否需要对d′1、d′2、d′3进行修正，若d12<T、d23<T、d13<T，则无需对d′1、d′2、d′3进行修正，执行第五步，否则，需要对d′1、d′2、d′3进行修正，执行第四步；第四步，调节三个测量距离的方向修正因子λ1、λ2和λ3，根据如下自适应距离修正公式修正d′1、d′2、d′3，得到修正距离为d1、d2、d3：其中，di表示待定位节点与锚节点A...

【专利技术属性】
技术研发人员：左满花，唐俊，
申请(专利权)人：湖北民族学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42