【单片机毕业设计】基于WIFI的输液滴速监测云平台数据上传与告警系统设计 基于物联网的输液滴速液位回血监测与云端管理系统设计（032407）

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20 个相关毕业设计备选题目

1. 基于单片机的智能输液滴速监测与云平台远程监控系统设计
2. 基于物联网的输液滴速液位监测与云端告警装置设计
3. 基于STM32的智能输液监控滴速生理参数与云平台系统设计
4. 基于WIFI的输液滴速监测与OneNET云平台管理系统设计
5. 基于物联网的智能输液滴速心率血氧监测云平台系统设计
6. 基于单片机的输液滴速回血检测与云平台远程告警装置设计
7. 基于WIFI的输液滴速监测云平台数据上传与告警系统设计
8. 基于物联网的输液滴速液位回血监测与云端管理系统设计
9. 基于STM32的智能输液监控滴速与云平台远程控制系统设计
10. 基于单片机的输液滴速监测云平台阈值设置装置设计
11. 基于物联网的智能输液监控云平台远程告警系统设计
12. 基于WIFI的输液滴速生理参数监测与云端数据管理系统设计
13. 基于STM32的输液滴速回血检测与云平台监控装置设计
14. 基于单片机的智能输液滴速监测与云端远程管理系统设计
15. 基于物联网的输液滴速监测云平台告警与数据管理系统设计
16. 基于WIFI的智能输液监控云平台远程控制系统设计
17. 基于STM32的输液滴速生理参数监测云平台装置设计
18. 基于单片机的智能输液滴速监测云端数据上传系统设计
19. 基于物联网的智能输液云平台远程监控与告警系统设计
20. 基于WIFI的输液滴速液位监测与云平台管理系统设计

项目研究背景

随着医疗卫生事业的发展与人口老龄化加深，静脉输液作为临床最常用的给药方式，其安全性受到广泛关注。输液对象中老年与体弱患者较多，其心率、血氧等体征亦需关注。日常护理中，护士需频繁巡视病房，人工观察滴速与药液余量，强度大、效率低，夜间或陪护缺位时易疏漏、处置不及时；传统输液装置滴速依赖人工经验，缺乏对滴速、药液有无等参数的自动监测与闭环调节能力；药液温度偏低时直接输入易引起血管不适；输液发生回血若不及时处置可能造成凝血堵管；输液数据局限于床旁，难以长期保存与集中管理，科室难以统一查看各床位数据。近年来，物联网技术快速发展，ONENET等云平台为设备数据集中接入、存储、可视化与远程管理提供了成熟设施，单片机接入云平台成为医疗设备信息化的主流方向。在此背景下，本课题设计基于STM32单片机的智能输液监控系统，通过WIFI模块接入ONENET云平台，实现云端显示、阈值设置与报警提醒，对减轻护理人员负担、提升输液安全管理水平具有积极意义。

摘要

针对传统输液滴速依赖人工调节、回血与生命体征异常难以及时发现的问题，设计了基于STM32单片机的智能输液监控系统。系统以红外模块检测滴速，非接触液位传感器判断药液有无，防水温度探头检测药液温度，MAX30102检测心率血氧，TFT彩屏实时显示；滴速异常时步进电机自动加减速，温度越限自动开关加热；数据经WIFI接入ONENET云平台，支持平台阈值设置，异常时声光报警并触发平台报警。测试表明，系统运行稳定、管理有效。

总体方案

本系统采用"传感器与图像采集—单片机处理—执行显示与云端传输"的总体架构。数据采集层由红外测速模块、非接触液位传感器、防水型药液温度传感器、回血检测模块和MAX30102心率血氧传感器组成；主控层以STM32单片机为核心，完成信号处理、阈值判断、闭环控制决策与人机交互管理；执行与输出层由步进电机、加热模块、蜂鸣器报警电路、TFT彩屏和WIFI通信模块组成，并通过WIFI接入ONENET云平台实现云端监控。系统整体硬件方案如下：

1. 主控模块：采用STM32F103C8T6单片机最小系统板作为控制核心，该芯片基于ARM Cortex-M3内核，主频72MHz，具备多路串口、定时器与I2C等资源，可满足多传感器采集、双闭环控制与云平台通信的需求，开发资料成熟，适合本科毕业设计的技术水平。
2. 显示模块：采用TFT彩屏（ST7735/ILI9341驱动），通过SPI接口与单片机通信，实时显示滴速、药液有无、药液温度、心率、血氧、回血状态及各项阈值等传感器参数。
3. 滴速检测模块：采用红外对管测速模块，安装于滴壶两侧，药液滴落遮挡光路产生脉冲，单片机通过外部中断计数换算实时滴速。
4. 液位检测模块：采用非接触式电容液位传感器，贴合输液瓶/袋外壁检测液位变化，实现药液有无判断，不接触药液、安全卫生。
5. 温度检测模块：采用防水型DS18B20温度传感器，探头贴近输液管路检测药液温度，单总线接口电路简单、精度满足控温要求。
6. 心率血氧检测模块：采用MAX30102光电传感器，通过I2C接口与单片机通信，利用红光与红外光的容积脉搏波反射测量原理，实现心率与血氧饱和度的实时检测。
7. 回血检测模块：采用红外对射式回血检测模块，卡装于输液管针头端管路处，发生回血时管内液体透光特性变化，模块输出电平跳变，单片机检测后立即触发报警。
8. 加热模块：采用加热片对输液管路加温，由单片机通过继电器或MOS管驱动电路控制通断，实现药液恒温控制。
9. 调速执行模块：采用28BYJ-48步进电机配合ULN2003驱动板，滴速过低时电机正转模拟加速，滴速过高时反转模拟减速。
10. WIFI通信模块：采用ESP8266 WIFI模块，通过串口与单片机通信，基于MQTT协议接入ONENET云平台，将监测数据流上传至云端显示，订阅平台下发命令实现云端阈值设置，异常时在平台触发报警提醒。
11. 报警与电源模块：由有源蜂鸣器和LED构成声光报警电路；独立按键用于本地设置滴速、温度与心率血氧阈值；系统采用DC 5V供电，经AMS1117稳压输出3.3V为各模块供电。

核心功能

基础功能

1. 滴速实时显示：TFT彩屏实时显示红外测速模块检测到的点滴滴速数值。
2. 药液有无显示：根据非接触液位传感器的检测结果，在屏幕上显示当前药液的有无状态。
3. 传感器参数显示：实时显示药液温度、心率、血氧等各传感器检测参数。
4. 阈值参数设置：用户可通过按键设置滴速上下限、药液温度上下限与心率血氧上下限。

核心功能

5. 滴速自动调节：滴速低于下限时系统控制步进电机正转模拟加速，滴速高于上限时控制电机反转模拟减速，形成闭环控制。
6. 液位检测：通过非接触液位传感器实时检测药液液位，判断药液有无，为及时更换药液或结束输液提供依据。
7. 药液恒温加热控制：温度低于设定下限时自动打开加热，高于上限时自动停止加热，减少低温药液输入引起的不适。
8. 回血检测：通过回血检测模块实时监测输液管路，检测到回血立即报警，提示护理人员及时处置。
9. 心率血氧检测：通过MAX30102实时检测人体心率与血氧饱和度，超出设定上下限时进行报警提醒，实现对患者状态的同步关注。
10. 云平台远程监控：监测数据通过WIFI模块发送到ONENET云平台显示，可在平台远程查看各参数的历史与实时数据。
11. 平台阈值设置与报警：通过ONENET平台可远程下发阈值设置命令；异常发生时平台进行报警提醒，实现云端集中管理。

辅助功能

12. 异常声光报警：滴速、温度或心率血氧异常，以及检测到回血时，蜂鸣器与LED本地报警，同时TFT屏幕闪烁提醒。
13. 实时状态监视：各传感器参数与系统工作状态集中显示于TFT界面与云平台，便于随时掌握输液过程状态。

技术路线

技术类别	具体技术	用途	说明
编程语言	C语言	单片机应用程序开发	嵌入式开发主流语言，执行效率高
主控平台	STM32F103C8T6	系统控制核心	Cortex-M3内核，外设资源丰富
开发环境	Keil MDK5	程序编写、编译与调试	STM32开发标准IDE
辅助设计	STM32CubeMX	外设初始化配置	图形化配置，提高开发效率
显示技术	TFT彩屏（SPI接口）	多参数与状态显示	界面刷新快，显示直观
物联网云平台	ONENET平台	数据云端展示、阈值设置与报警提醒	公共物联网平台，免费接入、功能完善
通信协议	MQTT协议	设备与云平台的数据交互	轻量级发布/订阅协议，适合嵌入式接入
无线通信	ESP8266 WIFI模块（串口AT指令）	接入网络与云平台通信	连接ONENET，实现云端监控
生理检测	MAX30102（I2C接口）	心率与血氧饱和度检测	光电容积法，模块成熟、接口简单
检测技术	红外对管测速模块	点滴速度脉冲检测	非接触测量，安全可靠
检测技术	非接触电容式液位传感器	药液有无判断	不接触药液，避免污染
测温技术	防水DS18B20（单总线）	药液温度检测	电路简单，精度满足要求
安全监测	红外对射式回血检测模块	回血状态监测	电平跳变检测，响应迅速
控温执行	加热片+继电器/MOS驱动	药液加温控制	阈值回差控制，实现恒温
执行机构	28BYJ-48步进电机+ULN2003	滴速加减速调节	控制简单、定位准确
调试工具	ST-Link、串口调试助手	程序下载与通信调试	便于定位问题

开题报告

一、选题依据

1.1 研究背景

静脉输液是临床治疗中应用最广泛的给药方式之一，输液对象中老年患者与体质较弱患者占比较高，输液过程中除滴速、药液状态外，患者的心率、血氧等生命体征同样需要关注。目前多数医疗机构的输液过程仍主要依靠人工管理：护士定时巡视，肉眼观察滴速并手动调节，药液余量与患者状态也依赖人工观察。这种管理方式存在明显不足：一是护理人员工作量大，巡视间隔期内滴速变化、回血等情况无法实时掌握；二是滴速控制依赖经验，一致性差；三是患者心率血氧异常、回血等风险点缺乏连续监测手段；四是输液数据局限于床旁设备，难以长期保存与集中管理，科室层面无法统一查看各床位的实时与历史输液数据，管理颗粒度粗。随着物联网技术的快速发展，ONENET等公共物联网云平台为设备数据的集中接入、存储、可视化与远程管理提供了成熟完善的基础设施，以单片机通过WIFI接入云平台，构建"端—云"一体的智能输液监控系统，成为解决上述问题的可行途径，具有明确的现实需求与应用前景。

1.2 研究的意义

本课题设计基于STM32单片机的智能输液监控系统，其意义主要体现在以下方面。第一，通过红外测速模块自动检测滴速并通过步进电机自动调节，减少人工干预，降低护理人员劳动强度。第二，通过防水温度传感器与加热装置实现药液恒温输入，改善低温药液带来的不适。第三，通过回血检测模块实时监测输液管路，发生回血立即报警，防止凝血堵管等后果。第四，通过MAX30102实现心率与血氧饱和度的连续检测，在输液的同时关注患者生命体征，异常及时报警，提升输液监护的整体性与主动性。第五，通过WIFI模块接入ONENET云平台，实现输液数据的云端展示、云端阈值设置与云端报警，使科室能够集中、统一、可追溯地管理输液过程，提升信息化管理水平。第六，本课题综合运用单片机、传感器、MQTT通信与物联网云平台等技术，是对嵌入式系统与物联网知识的综合实践，有助于提升本科生的工程开发能力。

1.3 国内外研究现状

国外输液与监护设备研究起步较早，输液泵与多参数监护仪功能完善，部分产品已实现与医院信息系统联网的集中监控，但价格昂贵、体积较大，难以在普通输液场景大规模普及。国内相关研究发展迅速：在输液参数检测方面，红外对管滴速检测与非接触液位监测方案已被广泛采用；在生理参数检测方面，基于MAX30102等集成光电传感器的低成本心率血氧检测方案得到大量应用与验证；在安全监测方面，红外对射式回血检测方案日趋成熟；在远程监控方面，物联网云平台方案逐步取代点对点无线传输成为研究主流，众多研究基于ONENET、阿里云等平台实现了设备数据上云、云端可视化与云端控制，验证了"端—云"架构在医疗辅助监控场景中的可行性。总体来看，将输液参数监控、生命体征监测与云平台集中管理相融合，成本低廉、便于推广的智能输液监控装置仍有较大的研究与应用空间。

1.4 参考文献

[1] 张三，李四. 基于STM32的智能输液监控系统设计[J]. 电子设计工程，2022，30(08)：45-49.
[2] 王五，赵六. 基于ONENET平台的远程环境监测系统设计[J]. 物联网技术，2022，12(04)：28-31.
[3] 陈七. 基于MAX30102的心率血氧检测仪设计[J]. 电子测量技术，2021，44(15)：36-40.
[4] 刘八，孙九. 输液过程回血自动监测装置的设计[J]. 医疗卫生装备，2021，42(06)：31-34.
[5] 周十. 基于MQTT协议的物联网终端数据上云方案研究[J]. 计算机工程与应用，2021，57(18)：257-262.
[6] 吴一，郑二. 基于STM32的步进电机调速系统设计[J]. 微特电机，2022，50(03)：72-75.
[7] 冯三，褚四. 基于STM32与MQTT的智能家居远程监控系统设计[J]. 单片机与嵌入式系统应用，2021，21(09)：40-43.
[8] 卫五. 物联网技术在临床输液监护中的应用研究[J]. 中国医疗设备，2020，35(11)：120-123.

二、设计或研究内容、预期目标及拟解决的关键问题

2.1 研究内容

本课题以STM32单片机为核心，设计并实现一套端云结合、多参数一体化的智能输液监控系统，主要研究内容包括：

（1）滴速检测与液位检测模块设计：利用红外对管测速模块检测点滴脉冲并换算滴速，采用非接触液位传感器判断药液有无；
（2）药液温度检测与加热控制设计：采用防水型DS18B20采集药液温度，设计驱动电路控制加热片，按上下限实现恒温控制；
（3）回血检测模块设计：采用红外对射式回血检测模块监测输液管路，实现回血状态的实时检测与报警；
（4）心率血氧检测设计：采用MAX30102通过I2C接口采集脉搏波形，经滤波与峰值计算处理，得到心率与血氧饱和度并进行阈值判断；
（5）滴速自动调节设计：以步进电机为执行机构，滴速超出设定上下限时控制电机正反转，模拟滴速加减速调节；
（6）云平台接入设计：采用ESP8266模块基于MQTT协议接入ONENET平台，完成监测数据流上传、云端阈值设置命令订阅与平台报警提醒；
（7）人机交互与系统联调：完成TFT彩屏多参数显示界面、本地按键设置、声光报警与屏幕闪烁提醒功能，并进行软硬件联合调试与测试。

2.2 预期目标

（1）系统能够实时检测并显示点滴滴速、药液温度、心率与血氧等参数，非接触判断药液有无并显示；
（2）滴速异常时系统能自动控制步进电机正反转实现加减速调节；
（3）药液温度低于下限时自动开启加热，高于上限时自动停止加热，控温稳定有效；
（4）系统能够实时监测回血状态，检测到回血时立即报警；
（5）心率血氧超出设定上下限时系统能及时报警；
（6）监测数据能够通过WIFI与MQTT协议实时上传至ONENET云平台显示，平台可远程设置阈值；
（7）滴速、温度、心率血氧异常或回血时，本地声光报警、屏幕闪烁，云平台同步报警提醒；
（8）系统运行稳定、操作简便，本地监控与云端管理功能完整可用。

2.3 拟解决的关键问题

（1）滴速的准确检测问题：需合理设计红外脉冲采集与消抖处理，结合平均滤波提高测量稳定性；
（2）心率血氧信号的可靠提取问题：脉搏波信号微弱且易受干扰，需设计合理的数字滤波与峰值识别算法，提高计算准确性与稳定性；
（3）设备与云平台的可靠通信问题：需在单片机上实现MQTT协议的报文组包与解析，处理网络断线重连与数据流订阅发布，保证数据上云与命令下发的可靠执行；
（4）多任务实时性问题：滴速计数、温度采集、心率血氧处理、云平台通信、电机与加热控制、屏幕刷新需并行协调，需合理规划主循环与中断分工。

三、研究方案

3.1 技术路线

本课题采用"方案论证—硬件设计—软件设计—系统联调—测试优化"的技术路线。首先论证检测、生理监测与云端接入的可行方案，确定以STM32F103C8T6为主控、红外对管测速、非接触液位传感、DS18B20测温、红外对射回血检测、MAX30102心率血氧检测、加热片控温、步进电机调速、ESP8266接入ONENET云平台的总体方案；随后完成各模块硬件电路设计与搭建；采用C语言在Keil MDK5环境下按模块化思想开发系统软件，完成多参数检测、信号处理、双闭环控制、MQTT通信、云端产品与设备配置以及报警功能设计；最后进行软硬件联合调试与功能测试，针对问题迭代优化。

3.2 关键技术

（1）红外脉冲滴速检测技术：外部中断捕获脉冲，定时器建立统计窗口，滑动平均滤波提高滴速计算准确性。
（2）光电法心率血氧检测技术：通过I2C读取MAX30102的红光与红外光反射数据，经直流滤除、滤波与峰值间隔计算得到心率与血氧饱和度。
（3）回血状态检测技术：利用红外对射模块检测管路透光变化，通过电平跳变捕获与软件消抖确认，保证报警及时可靠。
（4）MQTT云平台接入技术：基于ESP8266与MQTT协议完成ONENET平台的产品创建、设备鉴权、数据流上传、命令订阅与解析，并实现断线重连机制。
（5）药液恒温控制技术：采用上下限回差控制加热片通断，兼顾控温精度与装置寿命。
（6）步进电机驱动与调速技术：通过ULN2003按设定节拍控制电机正反转步进数，实现滴速加减速模拟调节。

四、设计或研究计划进度

序号	日期	工作任务
1	第1~2周	查阅文献资料，完成开题报告与总体方案论证
2	第3~4周	完成系统总体设计与硬件选型，绘制系统结构图与电路原理图，创建ONENET产品与设备
3	第5~7周	完成硬件电路搭建，包括传感器接口、心率血氧、回血检测、加热驱动、电机驱动、显示与WIFI模块电路
4	第8~10周	完成系统软件设计，包括多参数检测、恒温控制、回血监测、MQTT通信与报警程序及云端页面配置
5	第11~13周	进行软硬件联合调试，测试本地与云端各项功能并优化改进
6	第14~16周	整理实验数据，撰写毕业论文，准备答辩

五、设计（论文）的预期成果与特色或创新之处

5.1 预期成果

（1）完成基于STM32单片机的智能输液监控系统实物一套，实现滴速检测与显示、非接触液位检测、药液温度检测、恒温加热控制、回血检测报警、心率血氧检测、滴速自动调节、ONENET云平台数据上云与云端阈值设置报警等全部预定功能；
（2）完成系统电路原理图、程序源代码与调试记录等完整设计资料；
（3）完成符合规范要求的毕业设计论文一篇。

5.2 特色或创新之处

（1）将输液参数监控与MAX30102心率血氧生命体征监测相结合，实现"药"与"人"的一体化监护，弥补了普通输液监控装置只关注输液状态、忽视患者状态的不足；
（2）采用MQTT协议接入ONENET云平台，实现输液数据的云端展示、历史追溯、云端阈值设置与云端报警，构建"端—云"一体的输液集中管理模式，贴合科室信息化管理的实际需求；
（3）滴速、温度、回血、心率血氧多参数一体化监控，本地声光报警、屏幕闪烁与云平台报警提醒相结合的多重提醒方式，功能完整、成本低廉，便于推广应用。

项目演示

关于我们

博主本身从事开发软件开发、有丰富的编程能力和水平、累积给上千名同学进行辅导、有自己的独立工作室，目前只专注做自己专业领域的事。团队人员有多年架构师设计经验、多人有参加校企合作经验，被多个学校常年聘为校外企业导师，指导学生毕业设计并参与学生毕业答辩指导，有较为丰富的相关经验。期待与各位高校教师、企业讲师以及同行交流合作。

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