[发明专利]一种基于单片机的输液空气监测系统及方法

摘要

本发明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。

主权项

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ρ_i(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(X_i,Y_i,Z_i)；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(X_i,Y_i,Z_i)和(X_W,Y_W,Z_W)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(R_Ti,G_Ti,B_Ti)，采用最小二乘法拟合出下式中由(R_Ti,G_Ti,B_Ti)预测至的映射矩阵M_T，M_T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(R_Si,G_Si,B_Si)，采用最小二乘法拟合出由预测至(R_Si,G_Si,B_Si)的映射矩阵H_SI，H_SI为3×10矩阵；步骤六、对于待标定成像系统在任意成像环境下任一场景获取的数字图像，采用步骤四所获的映射矩阵M_T，通过下式，由每像素的数字驱动值(R_Tj',G_Tj',B_Tj')预测出对应的CIELAB空间坐标其中j＝1,2,3,…,N'，N'是待标定成像系统获取数字图像的总像素数目；步骤七、对于步骤六所获待标定成像系统每像素的CIELAB空间坐标采用步骤五所获的映射矩阵H_SI，通过下式，预测出每像素对应的标定后数字驱动值(R_Sj',G_Sj',B_Sj')，即完成了两个成像系统间的色彩信息标定，使待标定成像系统在任意成像环境下某场景获取的数字图像具有与参照成像系统一致的数字驱动值；与显示模块相连接，用于对信息输入的输入模块；与滤波电路模块相连接，用于检测分析控制成分的空气监测分析模块；与空气监测分析模块相连接，用于对异常信号报警的报警模块。