基于51單片機(jī)的醫(yī)院輸液系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　醫(yī)院輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 院： 電氣與電子工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　該論文是一種基于AT89C51控制的醫(yī)療點(diǎn)滴輸液控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)潔、

3、上手快、方便、集中控制并且具有報(bào)警功能，在醫(yī)院醫(yī)療衛(wèi)生方面有很大的實(shí)用價(jià)值，從而加速了醫(yī)療器械的自動(dòng)化與半自動(dòng)化進(jìn)程, 有助于提高現(xiàn)代醫(yī)護(hù)質(zhì)量。本設(shè)計(jì)主要成果有：⑴實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的電路采集液滴速度，與設(shè)置的液滴速度比較，顯示液滴滴速、剩余輸液時(shí)間；對(duì)輸液速度可以自動(dòng)控制；具備與上位機(jī)通訊的能力，將輸液過(guò)程的信息輸入護(hù)士值班室；當(dāng)輸液剩余時(shí)間達(dá)到一定的時(shí)間，自動(dòng)報(bào)警，或者輸液中出現(xiàn)情況可通過(guò)相應(yīng)裝置報(bào)警。填補(bǔ)了醫(yī)院輸液系統(tǒng)在細(xì)節(jié)部分研究的空白

4、，對(duì)整體結(jié)構(gòu)的完整分析和其電子設(shè)計(jì)的建立具有重要意義；⑵通過(guò)理論分析，論證了輸液系統(tǒng)各個(gè)部分的原理及具體設(shè)計(jì)，很好地解釋了所有關(guān)于醫(yī)院輸液系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容。(3)該系統(tǒng)可讓醫(yī)護(hù)人員在控制室( 主站) 改變不同受液者( 從站) 的輸液狀況, 也可以直接到輸液室直接改變輸液狀態(tài)( 直接控制從站) , 了解病人的輸液進(jìn)程, 及時(shí)通知處理將快完成的輸液。以上研究成果為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制液滴裝置設(shè)計(jì)過(guò)程提供了豐富的信息。</p>&

5、lt;p>　　關(guān)鍵詞：51單片機(jī)，醫(yī)院輸液系統(tǒng)，輸液監(jiān)控, 步進(jìn)電機(jī)</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This paper deals with a control system for liquid- dropping based on 51 single chip microcomputer. For using c

6、onveniently，displaying directly, controlling intensively, alarming by sending out sound .This system can be widely used in the hospitals.To accelerate the process of automatic or half- automatic realizing for the medicin

7、e- appliance . The main research results:(1) It realizes the measurement circuit collection liquid corresponding droplet velocity,which compared with the droplet velocity</p><p>　　Key words: The 51 single ch

8、ip microcomputer, Hospital infusion system, infusion monitoring ,stepper motor</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><

9、p><b>　　目錄III</b></p><p>　　第一章 引 言1</p><p>　　課題的背景和意義1</p><p>　　1.1.1醫(yī)療輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景1</p><p>　　1.1.2醫(yī)療輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義1</p><p>　　1.1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要解

10、決的關(guān)鍵問(wèn)題2</p><p>　　第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證3</p><p>　　2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)方案3</p><p>　　2.2 點(diǎn)滴速度測(cè)量電路方案的選擇及論證3</p><p>　　2.3 液面檢測(cè)電路方案的選擇及論證4</p><p>　　2.4 通過(guò)電機(jī)控制滴速電路的方案論證

11、5</p><p>　　2.4.1電機(jī)控制滴速的方案設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.4.2 控制用電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)的選擇與比較6</p><p>　　2.5 顯示器接口電路方案選擇論證7</p><p>　　2.6 鍵盤(pán)接口電路方案選擇論證7</p><p>　　2.6.1獨(dú)立式按鍵電路7</p&g

12、t;<p>　　2.6.2矩陣式鍵盤(pán)電路7</p><p>　　2.7 單片機(jī)型號(hào)的選擇與論證8</p><p>　　2.7.1 現(xiàn)有主流單片機(jī)的概述8</p><p>　　2.7.2 單片機(jī)的選用8</p><p>　　2.7.3 單片機(jī)I/O口管腳分配12</p><p>　　第三章 輸液

13、系統(tǒng)各模塊的硬件設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.1 控制電機(jī)模塊設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.1.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理14</p><p>　　3.1.2 步進(jìn)電機(jī)控制原理14</p><p>　　3.2 數(shù)據(jù)采集模塊及工作原理16</p><p>　　3.3.1 紅外發(fā)光二極管和光敏三極管17&

14、lt;/p><p>　　3.3.2 紅外發(fā)光二極管主要參數(shù)17</p><p>　　3.3.3 光敏三極管的主要參數(shù)18</p><p>　　3.4 電源模塊19</p><p>　　3.5 聲報(bào)警模塊19</p><p>　　3.6 復(fù)位電路19</p><p>　　3.7 顯示模塊2

15、0</p><p>　　3.7.1 LED顯示器的結(jié)構(gòu)20</p><p>　　3.7.2 LED顯示器的顯示方法22</p><p>　　3.7.3 7段譯碼器CD451122</p><p>　　3.7.4 顯示模塊電路設(shè)計(jì)24</p><p>　　3.8 鍵控模塊24</p><p&

16、gt;　　第四章 系統(tǒng)軟件及框圖設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.1滴速檢測(cè)子程序29</p><p>　　4.2 電機(jī)控制子程序29</p><p>　　4.3 顯示子程序31</p><p>　　4.4 鍵盤(pán)程序32</p><p>　　第五章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果分析34</p><p&g

17、t;　　5.1 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程34</p><p>　　5.2系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果誤差分析35</p><p>　　第六章 結(jié) 論37</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p><b>　　致謝及聲明40</b></p><p><b>

18、　　第一章 引 言</b></p><p><b>　　課題的背景和意義</b></p><p>　　隨著科技的進(jìn)步，越來(lái)越多的地方需要用到對(duì)液體的流量或者滴速進(jìn)行控制，如人工腎機(jī)的透析液儲(chǔ)液罐中透析液儲(chǔ)量、自動(dòng)洗胃機(jī)中沖洗液的液量、中藥使用的藥浴機(jī)中煎藥鍋中的水位等，醫(yī)療保健領(lǐng)域中藥液的輸液量與輸液速度需要精確的控制以達(dá)到更好治療效果。根據(jù)我國(guó)各地衛(wèi)生

19、廳的標(biāo)準(zhǔn)不同輸液系統(tǒng)的滴速設(shè)定也不盡相同，湖北省衛(wèi)生廳的《護(hù)理技術(shù)操作規(guī)范》規(guī)定：成人靜脈輸液滴速40—60滴/min，兒童及老年人20—40滴/min；高于此標(biāo)準(zhǔn)10滴/min為過(guò)快；低于此標(biāo)準(zhǔn)10滴/min為過(guò)慢。而遼寧省衛(wèi)生廳規(guī)定以滴速40-60滴/min為標(biāo)準(zhǔn)，高于70滴/min為過(guò)快，低于30滴/min為過(guò)慢，基于此我們可以看出靜脈輸液作為一種常見(jiàn)的臨床治療方法，通過(guò)向靜脈輸入藥液起到治療的作用，滴速控制尤為重要，并且新藥品越

20、來(lái)越多，在治療疾病的過(guò)程中，采用靜點(diǎn)輸液治療方法已越來(lái)越普遍。然而，在輸液過(guò)程中，不同藥液，不同年齡患者均有其不同的最佳滴速要求。滴速過(guò)快、過(guò)慢均會(huì)影響療效甚至給患者帶來(lái)不適；此外在輸液過(guò)程中，當(dāng)輸液完成需要換藥液時(shí)，需要醫(yī)務(wù)人員發(fā)現(xiàn)不及就會(huì)出現(xiàn)空氣進(jìn)入血管內(nèi)形成空氣栓塞，凝血堵塞針頭等情況，輕則延誤治療</p><p>　　1.1.1醫(yī)療輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景</p><p>　　點(diǎn)滴輸

21、液監(jiān)控裝置在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，如日本、美國(guó)和德國(guó)等國(guó)家研制的較早且產(chǎn)品種類(lèi)較多，臨床輸液監(jiān)控在這些國(guó)家也基本實(shí)現(xiàn)了智能化，輸液監(jiān)控在醫(yī)院的使用已經(jīng)十分普遍，然而這些醫(yī)療產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)卻只有一些大型醫(yī)院引進(jìn)。國(guó)內(nèi)對(duì)輸液裝置的研制起步相對(duì)較晚，市場(chǎng)上也有一些國(guó)產(chǎn)輸液裝置，如北京科力豐高科技發(fā)展有限責(zé)任公司的ZNB系列產(chǎn)品，深圳康福特公司也有輸液裝置產(chǎn)品。但是總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)的醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)技術(shù)落后、種類(lèi)較少、性能也需改進(jìn)。我國(guó)的點(diǎn)滴輸液自動(dòng)化程度得到普

22、及，仍需要很長(zhǎng)的路要走。</p><p>　　1.1.2醫(yī)療輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義</p><p>　　現(xiàn)在醫(yī)院或者家庭中所使用的輸液器是懸掛在支架上的，輸液速度是人工調(diào)節(jié)靠速度調(diào)節(jié)器來(lái)控制的，很難準(zhǔn)確控制，這對(duì)特護(hù)病人和對(duì)輸液速度有較嚴(yán)格要求的病人是不方便的。本課題所設(shè)計(jì)的輸液監(jiān)控系統(tǒng)可以準(zhǔn)確控制藥液的輸液量和輸液速度，并能對(duì)輸液過(guò)程中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)報(bào)警，在輸液快結(jié)束的時(shí)候發(fā)出聲

23、光提示，防止輸液事故的發(fā)生。液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控器的應(yīng)用有助于減輕醫(yī)護(hù)人員的工作強(qiáng)度，提高安全性、精確性和工作效率。該設(shè)備可廣泛應(yīng)用于醫(yī)院的各種科室和手術(shù)室，適用于重癥加強(qiáng)護(hù)理病房輸液治療，也可以適用于家庭輸液。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，所以對(duì)液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控器的研究設(shè)計(jì)十分有意義。</p><p>　　該課題設(shè)計(jì)內(nèi)容接近生活，實(shí)用性強(qiáng)。是單片機(jī)技術(shù)的一個(gè)很綜合的應(yīng)用，因此可以通過(guò)該設(shè)計(jì)課題進(jìn)一步掌握單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，從而

24、將理論知識(shí)和實(shí)踐能力有個(gè)更好的結(jié)合，達(dá)到本科階段綜合能力的培養(yǎng)和提高。目前單片機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，作為工科大學(xué)生也應(yīng)該具備這方面的知識(shí)和應(yīng)用能力，才能更好的滿(mǎn)足社會(huì)需求，進(jìn)一步向工程等更高的地方發(fā)展，同時(shí)此課題也具有廣泛的民用開(kāi)發(fā)前景。</p><p>　　1.1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題</p><p>　　1）如何正確的監(jiān)測(cè)藥物剩余量。</p><p>　

25、　2）使用何種方式提示護(hù)士應(yīng)該換藥。</p><p>　　3）如何實(shí)現(xiàn)滴速的控制。</p><p>　　4）用哪種方式傳送信號(hào)更加穩(wěn)定，更加可靠。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證</p><p>　　2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　本設(shè)計(jì)的輸液監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)大體可以分為以下幾個(gè)部分

26、：滴速測(cè)量部分，儲(chǔ)液液面檢測(cè)及剩余時(shí)間計(jì)算部分，鍵盤(pán)顯示部分，電機(jī)系統(tǒng)控制（點(diǎn)滴速度控制）部分?？傮w結(jié)構(gòu)圖如下 。</p><p>　　圖2.1 總體結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2.2 點(diǎn)滴速度測(cè)量電路方案的選擇及論證</p><p>　　點(diǎn)滴速度測(cè)量在整體設(shè)計(jì)中占有極其重要的位置，它既是本系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)反饋所要控制的最終回歸點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)在市場(chǎng)上采取的設(shè)計(jì)

27、方法及電子控制測(cè)量方面的原理可有以下幾種方案：</p><p>　　方案一 ：電感式傳感器測(cè)量輸液點(diǎn)滴速度。在輸液器的漏斗外圍繞線(xiàn)圈作為敏感元件。當(dāng)液滴滴下時(shí)電感量發(fā)生變化，通過(guò)LC振蕩電路后輸出變化的頻率值，經(jīng)過(guò)F/V變換電路及電壓比較后輸出TTL電平信號(hào)來(lái)檢測(cè)點(diǎn)滴速度。此方案測(cè)量精度比較高，但是外圍電路比較復(fù)雜。</p><p>　　方案二：采用反射式紅外光電傳感器。在輸液器的漏斗一端

28、放置反射式紅外傳感器，當(dāng)液滴下落時(shí)，利用其對(duì)紅外線(xiàn)的反射能力，接收端檢測(cè)到信號(hào)。但是由于水滴的表面不規(guī)則且較小，反射信號(hào)強(qiáng)弱，且不穩(wěn)定反射式要求液滴下落時(shí)要和傳感器保持精確的夾角，當(dāng)輸液器上下移動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾。</p><p>　　方案三：紅外對(duì)管發(fā)射接收測(cè)量輸液點(diǎn)滴速度。該方案的基本原理是在點(diǎn)滴落下時(shí)阻擋了接收管接收紅外線(xiàn)，產(chǎn)生高電平的脈沖信號(hào)。為了提高抗干擾能力，可以采用兩對(duì)紅外傳感器一發(fā)

29、一收，而不是像方案二只用一只傳感器以反射式狀態(tài)工作。紅外傳感器尺寸小，質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)，也使得其方便安裝在滴斗上；同時(shí)也不需要復(fù)雜的輔助電路，電路十分簡(jiǎn)單，性能也較穩(wěn)定。紅外傳感器已經(jīng)在現(xiàn)代化的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮著它的巨大作用，隨著探測(cè)設(shè)備和其他部分的技術(shù)的提高，紅外傳感器能夠擁有更多的性能和更好的靈敏度。此方案較容易實(shí)現(xiàn)。所以利用第三種方案來(lái)測(cè)滴液速度更為合適。</p><p>　　因?yàn)槔梅瓷涫郊t外傳感器很難進(jìn)行對(duì)水

30、的判斷，而利用對(duì)射式紅外傳感器，雖然水對(duì)紅外的遮擋比較弱，但相對(duì)反射來(lái)說(shuō)又會(huì)強(qiáng)一點(diǎn)。相比較對(duì)射式紅外傳感器能比較靈敏的測(cè)出水滴。</p><p>　　2.3 液面檢測(cè)電路方案的選擇及論證</p><p>　　題目要求是在儲(chǔ)液瓶中的液滴剩余時(shí)間在5分鐘時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，但由具體不同時(shí)間的低速不同，所以剩余時(shí)間的測(cè)量需要結(jié)合滴速和剩余液滴的體積來(lái)計(jì)算出來(lái)。在此是關(guān)鍵如何檢測(cè)到液位的高度，從而得

31、到體積，進(jìn)而結(jié)合當(dāng)時(shí)的滴速大約計(jì)算出剩余時(shí)間，并且顯示并報(bào)警。假設(shè)20滴藥液一毫升，假設(shè)滴速是40滴/min，十毫升處就要報(bào)警。檢測(cè)液位有多種方法。</p><p>　　方案一：跟滴速測(cè)量模塊一樣，也采用紅外對(duì)管發(fā)射接收。根據(jù)該接收管收到的光強(qiáng)的大小來(lái)判斷液位是否達(dá)到警戒水位，若達(dá)到則及時(shí)反饋到單片機(jī)，然后中斷報(bào)警。</p><p>　　方案二：采用稱(chēng)重傳感器檢測(cè)。利用稱(chēng)重傳感器檢測(cè)總質(zhì)量

32、，并與實(shí)際測(cè)量中當(dāng)液體液面達(dá)到設(shè)定位置時(shí)的總質(zhì)量相比較，根據(jù)液體體積與質(zhì)量的關(guān)系，當(dāng)測(cè)量總質(zhì)量與設(shè)定值相等時(shí)發(fā)出報(bào)警。</p><p>　　綜合比較上述二種方案，對(duì)射式紅外傳感器成本低，安裝方便，只需將傳感器固定在輸液瓶外瓶壁上即可，不需要精確計(jì)算輸液瓶液面高度值。因此，選擇對(duì)射式紅外傳感器既實(shí)用、簡(jiǎn)便，同時(shí)也能保證測(cè)量的準(zhǔn)確度。</p><p>　　2.4 通過(guò)電機(jī)控制滴速電路的方案論證

33、</p><p>　　2.4.1電機(jī)控制滴速的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用自適應(yīng)修正控制規(guī)律，經(jīng)典控制理論及構(gòu)造的控制系統(tǒng)是面對(duì)可知的控制對(duì)象，其控制系統(tǒng)是相對(duì)穩(wěn)定的反饋控制系統(tǒng)，但大量的被控對(duì)象和控制系統(tǒng)本身參數(shù)都是不穩(wěn)定的。如該系統(tǒng)的滴速，結(jié)合電機(jī)和單片機(jī)構(gòu)造出一個(gè)自適應(yīng)控制電路可以根據(jù)設(shè)定值來(lái)調(diào)整輸液滴速。</p><p><b>　　具

34、體有兩種方案：</b></p><p>　　方案一：通過(guò)調(diào)整滴瓶的高度H。根據(jù)滴瓶的高度與滴速成正比的關(guān)系，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)儲(chǔ)液瓶使儲(chǔ)液瓶上升或下降改變高度H，從而調(diào)節(jié)點(diǎn)滴速度。這種方法原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，被大多數(shù)設(shè)計(jì)者所采納。</p><p>　　設(shè)計(jì)是基于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和壓強(qiáng)的原理來(lái)控制水滴的速度的，由公式：知，由于藥液瓶高度的不同從而壓強(qiáng)也不同，以此來(lái)改變液滴的速度。人工輸液是采

35、用控制輸液軟管的松緊來(lái)控制滴速的，而這樣的系統(tǒng)比控制輸液軟管的松緊在控制實(shí)現(xiàn)上更為容易，180cm的高度便可以實(shí)現(xiàn)速度20-150(滴/分)的調(diào)節(jié)。為此我們需要運(yùn)用實(shí)驗(yàn)來(lái)大體測(cè)出對(duì)應(yīng)的高度所對(duì)應(yīng)的水滴速度，并記下來(lái)存在單片機(jī)內(nèi)，到時(shí)候就直接調(diào)出來(lái)。在滴斗處用紅外系統(tǒng)來(lái)測(cè)量水滴的速度。當(dāng)在鍵盤(pán)上按入某個(gè)點(diǎn)滴速度時(shí)，從單片機(jī)調(diào)出相對(duì)應(yīng)的某一個(gè)高度，然后控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。模擬示意圖如圖2.2。</p><p>

36、;　　如圖2.2 輸液模擬示意圖</p><p>　　方案二：像人工輸液一樣，控制滴管夾子的松緊來(lái)控制滴速。為普遍人所接受，但是滴速夾的特性決定了只適用于滴速的大范圍粗略的調(diào)節(jié)，當(dāng)涉及到細(xì)調(diào)節(jié)時(shí)難以控制，不易實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2.4.2 控制用電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)的選擇與比較</p><p>　　方案一：采用直流電機(jī)</p><p>　　

37、由于直流電機(jī)上電即轉(zhuǎn)動(dòng)，掉電后慣性較大，停機(jī)時(shí)還會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后才可停下來(lái)。轉(zhuǎn)矩小、無(wú)抱死功能，如果要求準(zhǔn)確停在一個(gè)位置，其閉環(huán)算法較復(fù)雜。</p><p>　　方案二：采用步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖進(jìn)行控制，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線(xiàn)位移的電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電機(jī)每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步，其輸出的角位移或線(xiàn)位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈

38、沖頻率成正比。用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，控制信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，不再需要數(shù)／模轉(zhuǎn)換，具有快速啟／停能力，可在一剎那間實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)或停止，且步距角降低小，延時(shí)短，定位準(zhǔn)確，精度高，可操作性強(qiáng)。</p><p>　　綜合考慮,選用步進(jìn)電機(jī)作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路。</p><p>　　2.5 顯示器接口電路方案選擇論證</p><p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中提到，滴速的大小要由人工來(lái)設(shè)定。

39、顯示內(nèi)容包括預(yù)先設(shè)定值與調(diào)整值。針對(duì)本設(shè)計(jì)的顯示具體有以下的兩種方案：</p><p>　　方案一：采用(LCD)液晶顯示屏。液晶顯示屏具有功耗小、輕薄短小無(wú)輻射等優(yōu)點(diǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍，可視面積大，畫(huà)面效果好，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)滴速在20—150之間，故只需顯示三位溫度值，信息量比較少，而液晶屏是以點(diǎn)陣的模式顯示各種符號(hào)，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫(kù)，這就意味著編程工作量大，控制器資源占用

40、較多，其成本也偏高。</p><p>　　方案二：采用三位LED七段數(shù)碼管顯示點(diǎn)滴數(shù)目。數(shù)碼管具有低能耗、低損耗、低壓、壽命長(zhǎng)、耐老化，對(duì)外界環(huán)境要求較低等特性。同時(shí)數(shù)碼管采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。</p><p>　　綜合比較以上兩種方案，結(jié)合本設(shè)計(jì)的要求可知采用方案二較為合適。</p><p>　　2.6 鍵盤(pán)接口電路方案選擇論證&l

41、t;/p><p>　　鍵盤(pán)是人向機(jī)器輸入數(shù)據(jù)核對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)的基本設(shè)備，而單片機(jī)系統(tǒng)本身價(jià)格低，一般采用非編碼鍵盤(pán)，非編碼鍵盤(pán)可分為獨(dú)立式按鍵電路、矩陣式鍵盤(pán)電路，中斷式鍵盤(pán)電路等。</p><p>　　2.6.1獨(dú)立式按鍵電路</p><p>　　單片機(jī)控制系統(tǒng)中，往往只需要幾個(gè)功能鍵。對(duì)于少量鍵盤(pán)一般采用獨(dú)立式結(jié)構(gòu)，獨(dú)立式按鍵特點(diǎn)是每個(gè)鍵單獨(dú)占用1根I/O接口線(xiàn)，每

42、個(gè)鍵的工作不會(huì)影響其他接口的狀態(tài)這種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，配置靈活。</p><p>　　2.6.2矩陣式鍵盤(pán)電路</p><p>　　矩陣式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在按鍵設(shè)置在行線(xiàn)和列線(xiàn)的交叉點(diǎn)上，鍵兩端分別接于行線(xiàn)和列線(xiàn)上。常用的鍵盤(pán)大小有4*4、8*8、4*8等</p><p>　　該系統(tǒng)使用的按鍵數(shù)較少，故采用獨(dú)立式鍵盤(pán)最為合適. </p><p>

43、　　2.7 單片機(jī)型號(hào)的選擇與論證</p><p>　　2.7.1 現(xiàn)有主流單片機(jī)的概述</p><p>　　MCS—51系列單片機(jī)是INTEL公司在20世紀(jì)80年代初研制的，很快就在全世界得到廣泛的推廣應(yīng)用。MCS—51無(wú)論是在教學(xué)，工業(yè)控制，儀器儀表，信息通信，還是在交通，航運(yùn)，家用電器領(lǐng)域，都取得大量的應(yīng)用成果。INTEL公司雖然已經(jīng)把精力集中在計(jì)算機(jī)的CPU生產(chǎn)上，但是，以MCS

44、—51技術(shù)核心為主導(dǎo)的微控制器技術(shù)以被ATMEL，PHILIPS等公司繼承，并在原有的基礎(chǔ)上又進(jìn)行了新的開(kāi)發(fā)，從而產(chǎn)生了和MCS—51兼容而功能更加強(qiáng)勁的控制器系列。ATMEL公司所生產(chǎn)的89系列單片機(jī)就是基于INTEL公司的MCS—51系列而研制的并與MCS—51兼容的微控制器系列。</p><p>　　ATMEL公司是美國(guó)在20世紀(jì)80年代中期成立并發(fā)展起來(lái)的半導(dǎo)體公司，該公司的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于FLASH存儲(chǔ)器技

45、術(shù)和高質(zhì)量高可靠性的生產(chǎn)技術(shù)。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展。20世紀(jì)90年代，ATMEL成為全球最大的EEPROM供應(yīng)商，1994年為了介入單片機(jī)市場(chǎng)，ATMEL公司以EEPROM技術(shù)與INTEL的80C31單片機(jī)核心技術(shù)進(jìn)行交換，從而取得80C31核的使用權(quán)。ATMEL把自身先進(jìn)的FLASH存儲(chǔ)技術(shù)和80C31核相結(jié)合，從而生產(chǎn)出了FLASH單片機(jī)AT89C51系列。這是一種內(nèi)部含有FLASH存儲(chǔ)器的特殊單片機(jī)。由于它內(nèi)部含有大量的FLASH存儲(chǔ)器

46、，所以，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品，手提式儀器等方面有著十分廣泛的應(yīng)用，也是目前取代傳統(tǒng)的MCS—51系列單片機(jī)的主流單片機(jī)之一。</p><p>　　2.7.2 單片機(jī)的選用</p><p>　　單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制單元，它控制所有的輸入輸出。監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)中有一些功能無(wú)法集成到芯片內(nèi)部，如晶振，復(fù)位電路等，需在片外加相應(yīng)的輔助電路。對(duì)于片內(nèi)無(wú)ROM的單片機(jī)，還

47、應(yīng)該配置片外程序存儲(chǔ)器。這里選用的是ATMEL公司的AT89C2051和AT89C51，都帶內(nèi)置ROM，只需加電源，震蕩電路，復(fù)位電路等。單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)如圖3.2所示</p><p>　　圖3.2單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Onl

48、y Memory）的單片機(jī)，其指令集和傳統(tǒng)的51單片機(jī)指令集是一樣的。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。</p><p>　　1 AT89C51主要性能：</p><p>　?。?） 與MCS-51 兼容</p><p>　　（2） 4K字節(jié)可編程FL

49、ASH存儲(chǔ)器(壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)) </p><p>　?。?） 全靜態(tài)工作：0Hz-24KHz</p><p>　　（4） 三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定</p><p>　?。?） 128*8位內(nèi)部RAM</p><p>　　（6） 32條可編程I/O線(xiàn)</p><p>　?。?） 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</

50、p><p>　?。?）  6個(gè)中斷源</p><p>　?。?） 可編程串行通道</p><p>　　（10）低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　?。?1）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路</p><p>　　2 AT89C51管腳圖：</p><p>　　AT89C51管腳圖如圖3.3<

51、/p><p>　　3 AT89C51引腳功能</p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>

52、;　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上

53、拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上

54、拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：</p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）

55、</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）</p><p

56、>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）</p><p><b>　　4 芯片擦除</b></p><p>　　整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻

57、率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。</p><p>　　2.7.3 單片機(jī)I/O口管腳分配</p><p>　　由單片機(jī)外部接線(xiàn)可知，I/O口管腳分配情況如下：</p><p>　　

58、P1.0與報(bào)警裝置相連，當(dāng)輸液出現(xiàn)異?；驁?bào)警鍵被按下時(shí)，P1.0口會(huì)有一個(gè)高電平，驅(qū)動(dòng)報(bào)警裝置。</p><p>　　P1.1是加鍵按鈕的輸入，當(dāng)檢測(cè)到加鍵被按下，P1.1輸入一個(gè)低電平，設(shè)定值加一。</p><p>　　P1.2是減鍵按鈕的輸入，當(dāng)檢測(cè)到減鍵被按下，P1.2輸入一個(gè)低電平，設(shè)定值加一。</p><p>　　P1.3是加鍵按鈕的輸入，當(dāng)檢測(cè)報(bào)警鍵被按

59、下，P1.3輸入一個(gè)低電平，給P1.0一個(gè)高電平，觸發(fā)報(bào)警裝置。</p><p>　　P1.4—P1.6為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖輸入端，通過(guò)輪流置一來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向。</p><p>　　P1.7為數(shù)據(jù)采集端口，當(dāng)有脈沖經(jīng)過(guò)時(shí)，就會(huì)給P1.7一個(gè)高電平信號(hào)，從而進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，計(jì)算流速。</p><p>　　P3口是與上位機(jī)的通信端口。</p><

60、;p>　　P0.0—P0.5是顯示器的位控制端口。</p><p>　　P2.0—P2.3是顯示數(shù)據(jù)的輸出口。</p><p>　　第三章 輸液系統(tǒng)各模塊的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　基于第二章的方案論證，第三章主要設(shè)計(jì)了輸液系統(tǒng)整體的硬件結(jié)構(gòu)及各主要部分硬件的具體設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖3.1 主從站結(jié)構(gòu)框圖</p>

61、;<p>　　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖3.2所示</p><p>　　圖3.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.1 控制電機(jī)模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)的操作部分采用的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。利用單片機(jī)來(lái)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，按相序輸入脈沖以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)沿選擇方向前進(jìn)一步，每前進(jìn)一步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定角度。從而帶動(dòng)滴瓶來(lái)調(diào)節(jié)高低，進(jìn)

62、而達(dá)到控制滴速的目的。</p><p>　　3.1.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將輸入的數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移或線(xiàn)位移的執(zhí)行元件,是一種多相同步電動(dòng)機(jī),由專(zhuān)用的脈沖電源供電，每輸入一個(gè)脈沖，就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度或前進(jìn)一步，故稱(chēng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量和輸入脈沖的個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，在時(shí)間上與輸入脈沖同步，因

63、此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)繞組通電的相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。在沒(méi)有脈沖輸入時(shí)，在繞組電源的激勵(lì)下氣隙磁場(chǎng)能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。</p><p>　　在電動(dòng)機(jī)定子上有A、B、C三對(duì)磁極，磁極上繞有線(xiàn)圈，分別稱(chēng)之為A相、B相和C相，而轉(zhuǎn)子則是一個(gè)帶齒的鐵心，這種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)稱(chēng)之為三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。如果在線(xiàn)圈中通以直流電，就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)A、B、C三個(gè)磁極的線(xiàn)圈依次輪流通電，則A、

64、B、C三對(duì)磁極就依次輪流產(chǎn)生磁場(chǎng)吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。定子各相輪流通電一次轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒。這樣按A→B→C→A→B→C→A→…次序輪流通電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就一步一步地按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。如果把步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電線(xiàn)圈轉(zhuǎn)換的次序倒過(guò)來(lái)?yè)Q成A→C→B→A→C→B→…的順序，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，所以要改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向可以在任何一相通電時(shí)進(jìn)行。</p><p>　　3.1.2 步進(jìn)電機(jī)控制原理</p>&l

65、t;p>　　步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)PM）和混合式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)HB）。 </p><p>　　步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過(guò)輸入脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)

66、電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本原理作用如下：</p><p>　　(1)控制換相順序 </p><p>　　通電換相這一過(guò)程稱(chēng)為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳-B-C－A,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C,A相的通斷。</p><p>　　(2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 </p><

67、p>　　如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。</p><p>　　(3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度 </p><p>　　如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。</p><p>　　表3.1步進(jìn)電機(jī)控制原

68、理</p><p>　　根據(jù)上表，單三拍相序?yàn)?A—>B—>C—>A時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，反之A<—B<—C<—A則電機(jī)反轉(zhuǎn)。本題設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和步數(shù)，把調(diào)節(jié)的最小絕對(duì)誤差控制在預(yù)置數(shù)M×10%±1滴。</p><p>　　圖3.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路圖</p><p>　　3.2 數(shù)據(jù)采集模塊及工作

69、原理</p><p>　　采集部分采用紅外傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)滴斗中點(diǎn)滴的檢測(cè)，電路如圖3.5所示。比較器LM311的門(mén)限電壓為可調(diào)電壓，可提供0.8 V——5V的電壓，以適應(yīng)不同環(huán)境。當(dāng)無(wú)點(diǎn)滴經(jīng)過(guò)紅外傳感器感應(yīng)區(qū)時(shí)，接收管導(dǎo)通，Vi輸出低電平，低于比較器的門(mén)限電壓V-，V1輸出低電平。當(dāng)點(diǎn)滴經(jīng)過(guò)感應(yīng)區(qū)時(shí)，紅外發(fā)射管發(fā)出的光線(xiàn)在一個(gè)短暫的時(shí)間內(nèi)被阻擋，接收管出現(xiàn)一個(gè)短暫的截止，Vi輸出電平產(chǎn)生一個(gè)上升沿，高于比較器的門(mén)

70、限電壓V-，比較器輸出一個(gè)高電平脈沖給單片機(jī)，觸發(fā)單片機(jī)計(jì)數(shù)，達(dá)到了單位時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)的目的。</p><p>　　圖3.4數(shù)據(jù)采集裝置</p><p>　　發(fā)光二極管發(fā)射的光束經(jīng)過(guò)滴液管的液滴滴落線(xiàn)投射到光敏三極管的感光面，結(jié)構(gòu)圖如3.5所示，在沒(méi)有液滴滴落時(shí)，光敏三極管接收到的光照度最大，產(chǎn)生的光生電流也最大;當(dāng)有液滴滴落時(shí)，由于液滴的光學(xué)特性，使光束發(fā)散，投射到光敏三極管上的光照度將下降

71、，從而使光敏管光生的電流下降，由于不同類(lèi)型的藥液(透明、半透明和不透明)液滴的光學(xué)特性不同，形成如圖3.6所示的不同幅度的負(fù)脈沖，只要檢測(cè)光電三極管的輸出電流脈沖，就可以探測(cè)出有無(wú)液滴的通過(guò)。</p><p>　　圖3.5 采集裝置結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖3.6 數(shù)據(jù)采集裝置輸出波形</p><p>　　3.3.1 紅外發(fā)光二極管和光敏三極管</p>

72、;<p>　　光電傳感器由發(fā)光源和受光器兩部分組成。發(fā)光源常用砷化鎵紅外發(fā)光二極管，發(fā)光源引出的管腳為輸入端。常用的受光器有光敏三極管、光敏晶閘管和光敏集成電路等。受光器引出 的管腳為輸出端。光耦合器利用電---光----電兩次轉(zhuǎn)換的原理，通過(guò)光進(jìn)行輸入與輸出之間的耦合。</p><p>　　3.3.2 紅外發(fā)光二極管主要參數(shù)</p><p>　　砷化鎵紅外發(fā)光二極管主要用于

73、光電輸入機(jī)及光電讀出裝置的光源，光電控制以及光電耦合的紅外光源，采用環(huán)氧樹(shù)脂全包封，下表列出了砷化鎵紅外發(fā)光二極管的主要性能參數(shù)，根據(jù)性能參數(shù)進(jìn)行液體點(diǎn)滴速度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　　表3.2 紅外發(fā)光二極管主要參數(shù)</p><p>　　3.3.3 光敏三極管的主要參數(shù)</p><p>　　硅光敏三極管用于近紅外光探測(cè)器，以及光耦合，特性識(shí)別，過(guò)程控制等

74、方面。用陶瓷底座環(huán)氧封裝，下表列出了硅光敏三極管的主要性能參數(shù)，根據(jù)性能參數(shù)進(jìn)行液體點(diǎn)滴速度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　　表 3.3光敏三極管的主要參數(shù)</p><p><b>　　3.4 電源模塊</b></p><p>　　監(jiān)控系統(tǒng)可以采用電池供電，也可交流電，電池可以滿(mǎn)足室內(nèi)走動(dòng)的需要，但是電池的電量可能會(huì)影響到輸液正常工作的情況

75、下及時(shí)報(bào)警。由于單片機(jī)和顯示器都需要5V左右電源，所以這里在做電路板時(shí)采用留插槽的方式，提供5V電源，與監(jiān)控電腦相連接的電路由電腦供電。單片機(jī)和RS-485接口需要5V電源。 </p><p><b>　　3.5 聲報(bào)警模塊</b></p><p>　　報(bào)警電路如圖3.8所示，直接接在單片機(jī)的P1.0腳，在輸液前，根據(jù)病人情況設(shè)定輸液速度，當(dāng)點(diǎn)滴的速度低于20滴/分或

76、高于150滴/分時(shí)，單片機(jī)發(fā)出信號(hào)使P1.0出現(xiàn)高電平，觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警裝置，蜂鳴器發(fā)出響聲。如有人按報(bào)警按鈕，I/O口也會(huì)輸出高電平，觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警，提醒醫(yī)護(hù)人員和受液人采取相應(yīng)措施，避免危險(xiǎn)事故發(fā)生。如10秒后仍然無(wú)人處理，則關(guān)閉輸液器。保證病人安全。還有一種情況，當(dāng)?shù)嗡贋橐粋€(gè)值X滴/min時(shí)，滴液小于5X/20毫升時(shí)也要產(chǎn)生中斷時(shí)單片機(jī)發(fā)出報(bào)警。</p><p><b>　　圖3.7報(bào)警電路<

77、/b></p><p><b>　　3.6 復(fù)位電路</b></p><p>　　該系統(tǒng)的復(fù)位系統(tǒng)采用的是手動(dòng)復(fù)位，按下復(fù)位鍵，在RST端就會(huì)產(chǎn)生高電位，持續(xù)2個(gè)機(jī)械周期，之后系統(tǒng)復(fù)位。電路圖如圖3.8：</p><p><b>　　圖3.8復(fù)位電路</b></p><p><b>

78、　　3.7 顯示模塊</b></p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都要有人機(jī)對(duì)話(huà)功能。它包括人對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)和數(shù)據(jù)輸入以及應(yīng)用系統(tǒng)向人報(bào)告運(yùn)行和運(yùn)行結(jié)果。顯示模塊就是單片機(jī)向人匯報(bào)運(yùn)行情況的工具。</p><p>　　在單片機(jī)系統(tǒng)中,常用的顯示器有:</p><p>　　（1）發(fā)光二極管顯示器,簡(jiǎn)稱(chēng)LED(Light Emitting Di

79、ode);</p><p>　?。?）液晶顯示器,簡(jiǎn)稱(chēng)LCD(Liquid Crystal Display);</p><p>　?。?）熒光管顯示器，簡(jiǎn)稱(chēng)CRT。近年來(lái)也開(kāi)始使用簡(jiǎn)易的CRT接口,顯示一些漢字及圖形。</p><p>　　LED就能滿(mǎn)足顯示的要求，所以本設(shè)計(jì)采取LED顯示</p><p>　　3.7.1 LED顯示器的結(jié)構(gòu)&

80、lt;/p><p>　　LED顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的價(jià)廉輸出設(shè)備。它是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的,當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí),相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫(huà)發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極管導(dǎo)通,就能顯示出各種字符。</p><p>　　LED數(shù)碼管的外形如圖3.10所示：</p><p>　　圖3.9 LED外形</p><p>　　發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的稱(chēng)

81、為共陽(yáng)極顯示器,陰極連在一起的稱(chēng)為共陰極顯示器。結(jié)構(gòu)圖如圖3.11(a),(b)所示</p><p><b>　　共陽(yáng)極接法</b></p><p><b>　　(b)共陰極接法</b></p><p>　　圖3.10 LED顯示器接法</p><p>　　對(duì)于共陰極LED,欲點(diǎn)亮的段在字節(jié)中所處的

82、位為“1”,對(duì)于共陽(yáng)極LED,欲點(diǎn)亮的段在字節(jié)中所處的位為“0”，本設(shè)計(jì)采取的是共陰極接法。</p><p>　　表3.4 LED共陰/共陽(yáng)段選編碼表</p><p>　　3.7.2 LED顯示器的顯示方法</p><p>　　LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式，本設(shè)計(jì)采取的是動(dòng)態(tài)顯示，</p><p>　　（1）LED靜態(tài)顯示方式

83、</p><p>　　所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止，例如七段顯示器的a,b,c,d,e,f導(dǎo)通，g截止，顯示0。這種顯示方式每一位都需要有一個(gè)８位輸出口控制。</p><p>　　（2）LED動(dòng)態(tài)顯示方式</p><p>　　掃描顯示方式,即在某一時(shí)刻,只讓某一位的位選線(xiàn)處于選通狀態(tài),而其它各位的位選線(xiàn)處于關(guān)閉狀態(tài),同

84、時(shí),段選線(xiàn)上輸出相應(yīng)位要顯示字符的字型碼,這樣同一時(shí)刻,4位LED中只有選通的那一位顯示出字符,而其它三位則是熄滅的。</p><p>　　由于人眼有視覺(jué)暫留現(xiàn)象,只要每位顯示間隔足夠短,則可造成多位同時(shí)亮的假象,達(dá)到顯示的目的。本設(shè)計(jì)采取的是動(dòng)態(tài)顯示。</p><p>　　3.7.3 7段譯碼器CD4511</p><p>　　CD4511是七段碼十六進(jìn)制鎖存譯碼

85、驅(qū)動(dòng)芯片，它能將四位二進(jìn)制數(shù)編碼轉(zhuǎn)換位七段LED顯示器的字段碼，同時(shí)具有鎖存和驅(qū)動(dòng)能力。CD4511管腳配置如圖3.12所示：</p><p>　　圖3.11 CD4511管腳圖</p><p>　　A，C，D— BCD碼輸入端</p><p>　　LE—鎖存允許端，當(dāng)LE=0時(shí)，4位BCD碼進(jìn)入鎖存器，當(dāng)LE=1時(shí)，輸入的數(shù)據(jù)被鎖存，其邏輯圖如圖3.13所示，T

86、和/BI的功能如表3.5所示，a~g的七段碼輸出端。</p><p>　　圖3.12CD4511邏輯圖</p><p>　　表3.5 CD4511真值表</p><p>　　3.7.4 顯示模塊電路設(shè)計(jì)</p><p>　　電路圖如圖3.14所示，顯示模塊有六位數(shù)碼管組成，七段譯碼器CD4511作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)器。P0.0~P0.5作為六位數(shù)

87、碼管的位選信號(hào)，接在CD4511鎖存允許端LE，當(dāng)P0.0~P0.5某位為低信號(hào)時(shí)，當(dāng)LE=0時(shí)，控制相應(yīng)的CD4511工作，4位BCD碼進(jìn)入鎖存器，從而顯示相應(yīng)數(shù)字。</p><p>　　圖3.13顯示模塊電路圖</p><p><b>　　3.8 鍵控模塊</b></p><p>　　根據(jù)功能上的需要，本輸液監(jiān)護(hù)器的鍵控模塊主要用來(lái)進(jìn)行參數(shù)

88、設(shè)置。使用前可設(shè)定液滴，在輸液時(shí)可隨時(shí)暫停輸液，并可以在任意時(shí)刻重新啟動(dòng)繼續(xù)輸液。為提高安全性，還有異常情況造成的流速過(guò)快或停止時(shí)的報(bào)警裝置。這樣完成所有操作總共需要四個(gè)鍵。復(fù)位要占用一個(gè)鍵，病人緊急呼救要占用一個(gè)鍵。速度設(shè)定可以采取加減得方式，先在內(nèi)部設(shè)定一個(gè)初始值，然后通過(guò)加和減的方式改變數(shù)值。這樣就用到一個(gè)加鍵和一個(gè)減鍵。單片機(jī)的I/O口豐富，因此四個(gè)鍵直接接在單片機(jī)的I/O口上，采取循環(huán)掃描的工作方式，當(dāng)某一按鍵被按下時(shí)，鍵盤(pán)接

89、地電路導(dǎo)通相應(yīng)I/O口由高電平下降為低電平，此時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到P1口相應(yīng)位的電平變化執(zhí)行相應(yīng)的子程序，本程序中子程序?yàn)閷?duì)P2口送出所鍵入數(shù)字的四位二進(jìn)制代碼，作為CC4511譯碼器的輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。例：按下按加鍵則P1.1由高電平下降為低電平，單片機(jī)系統(tǒng)掃描P1口監(jiān)測(cè)到p1.1的變化執(zhí)行子程序。</p><p><b>　　圖3.14鍵盤(pán)電路</b></p><p&

90、gt;<b>　　3.7通信模塊設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在已學(xué)的通信接口標(biāo)準(zhǔn)中主要有兩種，RS-232C和RS-485。由于RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在沒(méi)有調(diào)制解調(diào)器的情況下，傳輸時(shí)碼元畸變小于4%，接口驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載電容小于2500Pf,本地?cái)?shù)據(jù)終端與數(shù)據(jù)通信設(shè)備間的最大距離為50英尺（15.24m），實(shí)際應(yīng)用中，最大距離遠(yuǎn)大于此值。這是由于在實(shí)際應(yīng)用中允許的碼元畸變遠(yuǎn)大于4%，但是

91、為改善RS-232C的傳輸速率不高、距離不長(zhǎng)且在接口處個(gè)信號(hào)間容易串?dāng)_的缺點(diǎn)，因而美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）便制定了RS-485標(biāo)準(zhǔn)，由于在RS-485標(biāo)準(zhǔn)下同一對(duì)信號(hào)線(xiàn)上在同一時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)驅(qū)動(dòng)器工作，因此在該標(biāo)準(zhǔn)下總線(xiàn)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)器均通過(guò)使能端進(jìn)行控制，是系統(tǒng)中在同一時(shí)刻只有一個(gè)發(fā)送者。共允許有32個(gè)驅(qū)動(dòng)接受者，電平轉(zhuǎn)換電路如下</p><p>　　圖3.15 串行總線(xiàn)電平轉(zhuǎn)換電路</p>&

92、lt;p>　　第四章 系統(tǒng)軟件及框圖設(shè)計(jì)</p><p>　　圖4.1 主站程序框圖</p><p>　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括的模塊有：主從站程序，滴速監(jiān)測(cè)子程序，電機(jī)控制子程序，顯示子程序，鍵盤(pán)子程序等。</p><p>　　其中主從站設(shè)計(jì)，是指護(hù)士房（主站）與病房（從站）之間通過(guò)通信進(jìn)行控制和信息反饋，從而是本輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，其主站程序中應(yīng)該包括巡視

93、個(gè)病房的判斷、從站信息是否接收完全、交換是否完成等其程序設(shè)計(jì)框圖如圖4、1所示。</p><p>　　而從站程序設(shè)計(jì)則應(yīng)有滴速計(jì)算，防止滴速過(guò)快或者過(guò)慢引起的患者輸液不適，通過(guò)控制電機(jī)來(lái)控制液瓶的高低，來(lái)達(dá)到加快或者減緩滴速的目的；同時(shí)病房的從機(jī)還應(yīng)具備剩余時(shí)間檢測(cè)，警戒液面及時(shí)間測(cè)量報(bào)警功能，因此還要有相應(yīng)的程序框圖設(shè)計(jì)，如圖4、2所示。</p><p>　　圖4.1從站程序框圖<

94、/p><p>　　4.1滴速檢測(cè)子程序</p><p>　　本系統(tǒng)采用光電開(kāi)關(guān)采集信號(hào)，當(dāng)有液滴通過(guò)P1.7產(chǎn)生一個(gè)脈沖，這樣就可以通過(guò)紀(jì)錄兩滴液體間的時(shí)間，經(jīng)運(yùn)算就可以得到液滴的速度，流程圖如下：</p><p>　　圖4.2 檢測(cè)程序框圖</p><p>　　4.2 電機(jī)控制子程序</p><p>　　實(shí)際檢測(cè)值和設(shè)定

95、值已經(jīng)被轉(zhuǎn)換成BCD碼存在30H到35H單元，其中30H到32H是實(shí)際值的從低到高位，33H到35H是設(shè)定值的從低到高位。電動(dòng)機(jī)的控制就是將實(shí)際值和設(shè)定值相比較，如果在誤差允許范圍，電動(dòng)機(jī)無(wú)動(dòng)作，如果實(shí)際值小于設(shè)定值且差值大于誤差允許范圍，則電動(dòng)機(jī)正傳，反之電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖4.3電機(jī)控制程序框圖</p><p>　　COMP: MOV A,32H

96、 ；實(shí)際值和檢測(cè)值比較</p><p>　　CJNE A,35H,COMP1</p><p>　　MOV A,31H</p><p>　　CJNE A,34H,COMP1</p><p>　　MOV A,30H</p><p>　　CJNE A,33H,COMP1</p><p>

97、　　AJMP STOP</p><p>　　COMP1: JC UP</p><p><b>　　JNC DOWN</b></p><p>　　UP： SETB P1.4 ；電機(jī)正轉(zhuǎn)</p><p>　　CLR P1.5</p><p>　　CLR P

98、1.6</p><p>　　SETB P1.5</p><p>　　CLR P1.6</p><p>　　CLR P1.4</p><p>　　SETB P1.6</p><p>　　CLR P1.4</p><p>　　CLR P1.5</p>&

99、lt;p>　　AJMP COMP</p><p>　　DOWN: SETB P1.4 ；電機(jī)反轉(zhuǎn)</p><p>　　CLR P1.5</p><p>　　CLR P1.6</p><p>　　SETB P1.6</p><p>　　CLR P1.5</p>&

100、lt;p>　　CLR P1.4</p><p>　　SETB P1.5</p><p>　　CLR P1.4</p><p>　　CLR P1.6</p><p><b>　　AJMP COMP</b></p><p>　　STOP: CLR P1.4

101、 電機(jī)停止</p><p>　　CLR P1.5</p><p>　　CLR P1.6</p><p>　　AJMP GOOUT</p><p><b>　　4.3 顯示子程序</b></p><p>　　LED顯示器要顯示的內(nèi)容是檢測(cè)速度和設(shè)定速度，</p>&l

102、t;p>　　六位數(shù)碼管（右起）位選代碼分別為：FEH(11111110), FD(1111101) ,FBH(11111011)，F(xiàn)7H(11110111),EFH(11101111),DFH(11011111)。</p><p>　　圖4.4 顯示程序框圖</p><p><b>　　4.4 鍵盤(pán)程序</b></p><p>　　系統(tǒng)除

103、復(fù)位鍵外擴(kuò)展了三個(gè)鍵，其功能分別為“加減”，“減鍵”和報(bào)警鍵，先采用查詢(xún)檢測(cè)有無(wú)按鍵，再轉(zhuǎn)入不同功能程序段，加減鍵功能程序是通過(guò)對(duì)設(shè)定單元的數(shù)值進(jìn)行加1和減1操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)有人按報(bào)警鍵時(shí)，警報(bào)響起，10秒內(nèi)如果還沒(méi)有人處理，就停止警報(bào)，通過(guò)修改設(shè)定值為0的方式來(lái)停止滴液，以保證病人安全。</p><p>　　圖4.5 鍵盤(pán)程序框圖</p><p>　　第五章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果分析</p&

104、gt;<p>　　5.1 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程</p><p><b>　　1) 測(cè)試條件：</b></p><p>　　測(cè)試點(diǎn)環(huán)境溫度：25°C</p><p><b>　　2) 測(cè)試儀器：</b></p><p><b>　　PC機(jī) 秒表</b></

105、p><p>　　DF1731SL1ATA型直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　TDS1002示波器</p><p>　　CA1640P—20型函數(shù)發(fā)生器</p><p>　　FLUKE 17B型萬(wàn)用表</p><p>　　3) 測(cè)試方法及結(jié)果</p><p><b>　　a 滴速測(cè)試原理&l

106、t;/b></p><p>　　一定時(shí)間內(nèi)下落的點(diǎn)滴數(shù)就可以近似為點(diǎn)滴滴下的速度。在測(cè)試設(shè)定功能時(shí)，通過(guò)鍵盤(pán)輸入要設(shè)定的值，按確認(rèn)鍵即可。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整至所需的滴速。相關(guān)測(cè)試結(jié)果如圖5.1所示。</p><p>　　圖5.1　點(diǎn)滴速度測(cè)量曲線(xiàn)</p><p>　　從圖中的曲線(xiàn)分析得出，用紅外對(duì)管測(cè)得的點(diǎn)滴速度與實(shí)際的點(diǎn)滴速度幾乎相同，效果非常好，滴度大小的誤差

107、在2滴/分以?xún)?nèi)。</p><p>　　表5.1 滴速設(shè)定及相關(guān)穩(wěn)定時(shí)間測(cè)量結(jié)果</p><p>　　從上表分析得出，無(wú)論是在全過(guò)程范圍內(nèi)，還是在一個(gè)較小的調(diào)整范圍內(nèi)，測(cè)量誤差都遠(yuǎn)小于題目要求的設(shè)定值的±10%±1滴。同時(shí)穩(wěn)定時(shí)間也小于題目要求的3分鐘,滴速設(shè)定功能達(dá)標(biāo)。</p><p><b>　　b 報(bào)警功能測(cè)試：</b>

108、</p><p>　　報(bào)警鍵被患者按下，或者滴液低于設(shè)定界面，亦或是藥液容量/藥液滴速小于300秒即5分鐘時(shí)，報(bào)警裝置正常工作，說(shuō)明報(bào)警功能正常。</p><p>　　綜上，各測(cè)試過(guò)程均正常，本輸液系統(tǒng)基本完成設(shè)計(jì)任務(wù)所要求的基本功能。</p><p>　　5.2系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果誤差分析</p><p>　　主要應(yīng)包括從站點(diǎn)滴速度檢測(cè)、調(diào)整，液

109、面檢測(cè)報(bào)警， 主站報(bào)警和主從站通信檢測(cè)等。經(jīng)測(cè)試驗(yàn)證, 從站液面檢測(cè)報(bào)警、主站報(bào)警和主從站通信檢測(cè)都能很好的工作。從站的從站點(diǎn)滴速度檢測(cè)、調(diào)整功能決定著系統(tǒng)的整體性能。</p><p>　　從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，本系統(tǒng)已基本完成題目中的各項(xiàng)要求，其中點(diǎn)滴速度的測(cè)量比較精確，在全量程內(nèi)其誤差小于3(滴/分)。設(shè)置點(diǎn)滴速度功能中，控制精度在全量程范圍內(nèi)優(yōu)于2(滴/分)，但是還是有一定的誤差，經(jīng)分析主要是由以下原因造

110、成：</p><p>　　1) 滴瓶中的輸液不斷下降，造成滴液的下落速度整體上不是恒定值。</p><p>　　2) 在測(cè)量滴液的實(shí)際滴速時(shí)，另外一個(gè)引入測(cè)量誤差的一個(gè)原因是秒表計(jì)時(shí)、人工數(shù)出這一段時(shí)間內(nèi)的點(diǎn)滴數(shù)來(lái)獲得時(shí)間數(shù)據(jù)，計(jì)算出來(lái)滴速，人為計(jì)數(shù)及控制秒表時(shí)都有誤差。</p><p>　　3) 單片機(jī)中斷處理會(huì)有一定時(shí)間的延時(shí)，這也是造成測(cè)量誤差的一個(gè)不可避免的

111、因素（可以通過(guò)優(yōu)化程序來(lái)減小）。</p><p>　　4) 輸液導(dǎo)管的滴斗側(cè)壁飛濺有微小的液滴，對(duì)發(fā)射管與接受管有影響。</p><p><b>　　第六章 結(jié) 論</b></p><p>　　現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的飛速發(fā)展要求相應(yīng)配套的醫(yī)療設(shè)施和服務(wù)提供，輸液作為最為常用的醫(yī)療手段，輸液監(jiān)控器材已越來(lái)越廣泛被使用。本設(shè)計(jì)的醫(yī)療輸液監(jiān)控系統(tǒng)在一定程度

112、上具有十分實(shí)用的應(yīng)用價(jià)值。</p><p>　　本設(shè)計(jì)用到了單片機(jī)的編程知識(shí)和基本的硬件組成部分及功能，論文闡明了采用89c51單片機(jī)和傳感器檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，創(chuàng)新性的實(shí)現(xiàn)了剩余時(shí)間顯示功能以及報(bào)警功能，填補(bǔ)了輸液監(jiān)控系統(tǒng)在市面上的細(xì)節(jié)功能欠缺，為輸液系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有積極意義，同時(shí)也為我國(guó)醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的進(jìn)步做出了貢獻(xiàn)，其模擬結(jié)果實(shí)現(xiàn)的功能大體上符合設(shè)計(jì)任務(wù)中提到的幾條基本要求：</p>

113、<p>　　1.相應(yīng)的電路采集液滴速度，與設(shè)置的液滴速度比較，顯示液滴滴速、剩余輸液時(shí)間；</p><p>　　2. 對(duì)輸液速度可以自動(dòng)控制。</p><p>　　3. 具備與上位機(jī)通訊的能力，將輸液過(guò)程的信息輸入護(hù)士值班室</p><p>　　4.當(dāng)輸液剩余時(shí)間達(dá)到一定的時(shí)間（5分鐘），自動(dòng)報(bào)警，或者輸液中出現(xiàn)情況可通過(guò)相應(yīng)裝置報(bào)警。</p>

114、<p>　　此設(shè)計(jì)還完整分析并建立輸液系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)難點(diǎn)，對(duì)后來(lái)者的設(shè)計(jì)或者產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)都具有重要意義。通過(guò)理論分析、論證判定這些辯證思想達(dá)到最佳設(shè)計(jì)方案。利用實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的誤差曲線(xiàn)，滿(mǎn)意地解釋了誤差存在的影響因素。</p><p>　　其中剩余時(shí)間的計(jì)算顯示部分在本人設(shè)計(jì)時(shí)遇到了前所未有的考驗(yàn)，也成為本設(shè)計(jì)重點(diǎn)要突破難點(diǎn)，最后是在指導(dǎo)老師xx老師的思想指導(dǎo)下和查閱了大量網(wǎng)上資料后實(shí)現(xiàn)和完成的。</p