基于單片機(jī)的輸液監(jiān)護(hù)器設(shè)計--2012畢業(yè)論文.doc

液體點滴速度監(jiān)控裝置設(shè)計摘要：本系統(tǒng)設(shè)計是以單片機(jī)AT89C51為核心，以鍵盤及紅外對射式傳感器作為輸入系統(tǒng)，以數(shù)碼管及電動機(jī)作為輸出系統(tǒng)的智能化輸液控制及監(jiān)測系統(tǒng)。鍵盤系統(tǒng)為獨立式按鍵系統(tǒng)，紅外傳感器的功能為檢測點滴的速度。電動機(jī)具有轉(zhuǎn)速可控功率大及輸入脈沖不變時可保持大力矩等優(yōu)點，這樣就可以自如控制吊瓶的上、下緩移可以達(dá)到智能控制的目的。關(guān)鍵字：紅外對射式傳感器 獨立式按鍵系統(tǒng) 智能化輸液控制監(jiān)測系統(tǒng)目錄目錄21 系統(tǒng)方案選擇與論證31.1 題目要求31.1.1 基本要求31.1.2 發(fā)揮部分41.2 系統(tǒng)基本方案41.2.1系統(tǒng)基本框圖51.2.1 系統(tǒng)各個模塊的選擇與論證52 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)62.1系統(tǒng)硬件的基本組成部分62.2主要單元電路設(shè)計62.2.1.點滴速度測量電路設(shè)計62.2.2 儲液檢測電路72.2.3 點滴速度控制電路設(shè)計82.2. 4 鍵盤顯示電路93系統(tǒng)的軟件設(shè)計103.1檢測點滴速度子程序103.2儲液檢測子程序113.3點滴速度控制子程序113.4鍵盤顯示子程序123.5系統(tǒng)的主程序設(shè)計134系統(tǒng)測試135總結(jié)14附錄2 程序清單161 系統(tǒng)方案選擇與論證1.1 題目要求設(shè)計并制作一個液體點滴速度監(jiān)測與控制裝置。1.1.1 基本要求（1）在漏斗處檢測點滴速度，并制作一個數(shù)顯裝置，能動態(tài)顯示點滴速度（滴/分）。（2）通過改變H2控制點滴速度，也可以通過控制輸液軟管夾頭的松緊等其他方式來控制點滴速度。點滴速度可用鍵盤設(shè)定并顯示，設(shè)定范圍為20150（滴/分），控制誤差范圍為設(shè)定值10%1滴。（3）調(diào)整時間3min（從改變設(shè)定值起到點滴速度基本穩(wěn)定，能人工讀出數(shù)據(jù)為止）。（4）當(dāng)H1降到警戒值（23cm）時，能發(fā)出報警信號。1.1.2 發(fā)揮部分設(shè)計并制作一個有主站控制16個從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)。16個從站中，只有一個從站是按基本要求制作的一套點滴速度監(jiān)控裝置，其他從站為模擬從站（僅要求制作一個模擬從站）。（1） 主站功能：a 具有定點和巡回檢測兩種方式。b 可以顯示從站傳過來的從站號和點滴速度。c 在巡回檢測時，主站能任意設(shè)定要查詢的從站數(shù)量、從站號和各個從站的點滴速度。d 能收到從站發(fā)出來的報警信號后，能聲光報警并能顯示相應(yīng)的從站號；可以手動方式解除報警狀態(tài)。（2） 從站功能：a 能夠輸出從站號、點滴速度和報警信號；從站號和點滴速度可以任意設(shè)定。b 接收主站設(shè)定的點滴速度信息并顯示。c 對異常情況進(jìn)行報警。（3） 主站和從站家的通信方式不限，通信協(xié)議自定，但應(yīng)該盡量減少信號傳輸線的數(shù)量。（4） 其他。1.1.3 說明（1）控制電機(jī)類型不限，其安裝位置與安裝方式自定。（2）儲液瓶用醫(yī)用250ml注射頁玻璃瓶（瓶中為無色透明液體）。（3）受液瓶用1.25L的飲料瓶。（4）點滴器采用針柄顏色為深藍(lán)色的醫(yī)用一次性輸液器（滴管滴出20點水相當(dāng)與1ml0.1ml）.（5）賽區(qū)測試時，僅提供醫(yī)用移動式點滴支架，其高度約為1.8m,也可以自帶支架；測試所需其他設(shè)備自備。（6）滴速夾在測試開始后不允許調(diào)節(jié)。（7）發(fā)揮部分第（2）項從站功能中，c中的異常情況自行確定。1.2 系統(tǒng)基本方案根據(jù)題目要求系統(tǒng)可以分為以下幾個模塊：點滴速度測量模塊，儲液液面檢測模塊，鍵盤顯示模塊，電機(jī)系統(tǒng)控制（點滴速度控制）模塊。系統(tǒng)的基本框圖如圖1.2.1所示。點滴速度測量單 片 機(jī) 儲液液面檢測點滴速度控制控制電路電機(jī)控制鍵盤顯示圖1.2.1系統(tǒng)基本框圖1.2.1 系統(tǒng)各個模塊的選擇與論證（1） 點滴速度測量方案一 ：采用電感式傳感器測量點滴速度。在輸液器的漏斗外圍繞線圈作為敏感元件。當(dāng)液滴滴下是電感量發(fā)生變化，通過LC振蕩電路后輸出變化的頻率值，經(jīng)過F/V變換電路及電壓比較后輸出TTL電平信號來檢測點滴速度。此方案測量精度比較高，但是外圍電路比較復(fù)雜。方案二：采用紅外對管發(fā)射接收。采用斷續(xù)式的工作方式，在點滴落下時阻擋了接收管接收紅外線，產(chǎn)生高電平的脈沖信號。為了提高抗干擾能力，可以采用兩對紅外傳感器一發(fā)一收，而不是只用一只傳感器以反射式狀態(tài)工作。紅外傳感器有以下優(yōu)點：尺寸小，質(zhì)量輕，安裝在滴斗上較簡單；對輔助電路要求少，在近距可以用直流發(fā)射，電路簡單，性能穩(wěn)定。此方案簡單，較容易實現(xiàn)。（2） 儲液檢測電路題目要求是在儲液瓶中的液位低于23cm時發(fā)出報警信號。在此是關(guān)鍵如何檢測到液位的高度，報警較易實現(xiàn)。檢測液位有多種方法。方案一：同點滴速度測量模塊，仍然采用紅外對管發(fā)射接收。根據(jù)該接收管收到的光強(qiáng)的大小來判斷液位是否達(dá)到警戒水位。方案二：采用稱重傳感器檢測。利用稱重傳感器檢測總質(zhì)量，并與實際測量中當(dāng)液體液面達(dá)到設(shè)定位置時的總質(zhì)量相比較，根據(jù)液體體積與質(zhì)量的關(guān)系，當(dāng)測量總質(zhì)量與設(shè)定值相等時發(fā)出報警。方案三：用測定電容的方法來檢測。在瓶壁上用兩塊薄金屬箔包裹構(gòu)造出一個電容。根據(jù)電容中的介質(zhì)不同，可以確定是否達(dá)到警戒水位。此數(shù)據(jù)可以由實驗中得出。（3） 電機(jī)控制系統(tǒng)（點滴速度控制）模塊利用電機(jī)來控制調(diào)節(jié)點滴的速度有兩種方案：方案一：通過改變滴斗到受液瓶的高度H2來調(diào)節(jié)點滴的速度。由電動機(jī)帶動儲液瓶使儲液瓶上升或下降改變滴斗到受液瓶的高度H2，從而調(diào)節(jié)點滴速度。此種調(diào)節(jié)方法簡單，容易實現(xiàn)。方案二：通過控制滴速夾的松緊來控制點滴的速度。不過滴速夾用于大范圍的調(diào)節(jié)滴速，難以控制，適用于粗調(diào)。（4） 鍵盤顯示單元根據(jù)題目條件，滴速的大小要由人工設(shè)定的。滴速的設(shè)定值與調(diào)整值都可以在鍵盤上顯示。對于其顯示有以下的兩種方案：方案一：采用液晶顯示屏和通用矩陣鍵盤。液晶顯示屏（LCD）具有功耗小、輕薄短小無輻射危險，平面直角顯示以及影象穩(wěn)定不閃爍，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強(qiáng)等特點。但由于只需顯示三位溫度值，信息量比較少，且由于液晶是以點陣的模式顯示各種符號，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫，編程工作量大，控制器資源占用較多，其成本也偏高。方案二：采用三位LED七段數(shù)碼管顯示點滴數(shù)目。按鍵采用單列三按鍵。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化，對外界環(huán)境要求較低。同時數(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。1.2.2 系統(tǒng)最終方案確定根據(jù)以上方案的論證分析，結(jié)合器件與設(shè)備等因素，系統(tǒng)各模塊方案確定如下：（1）點滴速度測量采用紅外對管發(fā)射接收方式。（2）儲液檢測電路仍然采納紅外對管發(fā)射接收裝置。（3）點滴速度控制是利用電動機(jī)正反轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)儲液瓶的高度來實現(xiàn)的。（4）鍵盤顯示用的是單列三按鍵數(shù)碼來顯示的。2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)2.1系統(tǒng)硬件的基本組成部分本題目中運用了檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)和電子技術(shù)。系統(tǒng)可以分為傳感器檢測部分和控制部分。傳感器檢測部分：系統(tǒng)利用紅外對管發(fā)射接收即光點傳感器將檢測到的信號轉(zhuǎn)化為控制器可以辨別的電信號。傳感器檢測電路包括2個單元電路：點滴速度測量電路、儲液檢測電路。智能控制部分：系統(tǒng)中控制器件根據(jù)有傳感器變換輸出的電信號進(jìn)行邏輯判斷，控制點滴的速度及數(shù)碼管的顯示，完成了點滴裝置的自動檢測、自動調(diào)速、數(shù)碼顯示及報警功能等各項任務(wù)。開控制部分主要包括3個電路：單片機(jī)控制電路、電動機(jī)的驅(qū)動電路、數(shù)碼管的動態(tài)顯示電路。2.2主要單元電路設(shè)計2.2.1.點滴速度測量電路設(shè)計采用紅外對管發(fā)射接收測量點滴速度，其電路原理圖如圖2.1.1.所示。圖2.2.1.1點滴速度測量電路由電路圖可以看到，接收管與發(fā)射管正相對，無液滴滴下時，接收管收到信號，輸出低電平；有液滴滴下時，下落的水滴對紅外光有較強(qiáng)的漫反射、吸收及一定的發(fā)散作用，導(dǎo)致接收光強(qiáng)的較大改變，接收管不能收到較強(qiáng)的信號，產(chǎn)生一個較長的脈動，但是波形不是太好，需要經(jīng)過一級施密特觸發(fā)器整形，輸出一個正向的脈沖信號送給單片機(jī)中斷口，據(jù)此就可以正確的測出液滴的滴數(shù)，即點滴的速度（滴/分）。 2.2. 2 儲液檢測電路儲液檢測電路圖仍然是和點滴速度測量電路一樣，只是所接單片機(jī)的接口不同。其電路圖如2.1.2.圖所示。該電路圖的原理和點滴雕塑度檢測電路的原理是一樣的。由于紅外光在水中和空氣中的吸收系數(shù)不同，從而通過空氣和水后的光強(qiáng)也是不同的。其報警信號也是由儲液信號來決定的。當(dāng)儲液的液面的高度為23cm后，會由紅外對管發(fā)射接收產(chǎn)生檢測信號，即為報警信號。圖2.2 2.儲液檢測電路2.2.3 點滴速度控制電路設(shè)計系統(tǒng)將點滴速度采集信號和儲液信號進(jìn)行處理后，在相應(yīng)的單片機(jī)的I/O控制口輸出對應(yīng)的控制信號來驅(qū)動電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而進(jìn)行精確的控制。圖2.2.3.所示的電路為電動機(jī)的速度采集電路。在電動機(jī)上安裝一個連桿，連桿的另一頭接S1開關(guān)，每當(dāng)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，四S1開關(guān)閉合一次，則通過單片機(jī)的P3.2口就可以送入一個計數(shù)信號。在單位時間內(nèi)觀察計數(shù)值即可的到電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖2. 2.3電機(jī)的轉(zhuǎn)速采集電路點滴的控制其實是靠單片機(jī)檢測滴速，得到一個反饋量，輸出一定信號驅(qū)動電動機(jī)，控制電動機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動儲液瓶的上升或下降來調(diào)節(jié)滴斗的高度即控制點滴的速度。電動機(jī)驅(qū)動電路就如圖2.2. 4示。圖2.2. 4路采用的是H型的開關(guān)驅(qū)動電路。整個的電路可以分為兩級：第一級接單片機(jī)的I/O口，用射級跟隨電路加大電流的驅(qū)動能力；第三級才是驅(qū)動電路。當(dāng)P3.0為高電平時，Q5導(dǎo)通，Q3，Q7導(dǎo)通，電動機(jī)兩端的電壓為+5V，電動機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)P3.1為高電平時，Q6導(dǎo)通，Q4，Q8導(dǎo)通，電動機(jī)兩端的電壓為-5V，電動機(jī)反轉(zhuǎn)。圖2.2.4電動機(jī)驅(qū)動電路本電路采用的是H型的開關(guān)驅(qū)動電路。整個的電路可以分為兩級：第一級接單片機(jī)的I/O口，用射級跟隨電路加大電流的驅(qū)動能力；第三級才是驅(qū)動電路。當(dāng)P3.0為高電平時，Q5導(dǎo)通，Q3，Q7導(dǎo)通，電動機(jī)兩端的電壓為+5V，電動機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)P3.1為高電平時，Q6導(dǎo)通，Q4，Q8導(dǎo)通，電動機(jī)兩端的電壓為-5V，電動機(jī)反轉(zhuǎn)。點滴控制靠單片機(jī)檢測滴速，得到一個反饋量，輸出一定信號控制電機(jī)上升或下降調(diào)節(jié)滴斗的高度。2.2. 4 鍵盤顯示電路由于本系統(tǒng)中采用動態(tài)顯示方式驅(qū)動3個七段數(shù)碼管，來顯示點滴的速度。數(shù)碼管采用共陰極，由于AT89C52單片機(jī)每個I/O的拉電流只有12mA。所以在位碼和段碼都加上了反向驅(qū)動器。鍵盤采用按鍵開關(guān)經(jīng)上拉電阻分別接P1.0、P1.1、P1.2口上，起到確定、上調(diào)和下調(diào)作用。每按上調(diào)和下調(diào)鍵，設(shè)定速度值增1減1。單片機(jī)XTAL2、XTAL1接12MHZ晶振，提供系統(tǒng)時鐘基值。另RESET接上電復(fù)位按鍵。原理圖如圖2.2.5示。圖2.2.5鍵盤顯示電路3系統(tǒng)的軟件設(shè)計系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用匯編語言，對單片機(jī)進(jìn)行編程來實現(xiàn)各項功能。主程序?qū)δK進(jìn)行初始化，接收從傳感器傳來的信號，并對此信號進(jìn)行處理，輸出調(diào)整信號控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)動，掃描鍵盤進(jìn)行動態(tài)顯示。用的是循環(huán)查詢方式，來顯示和控制點滴的速度。3.1檢測點滴速度子程序檢測點滴速度子程序主要是用與系統(tǒng)信號的采集。經(jīng)過光電傳感器采集，后由施密特觸發(fā)器整形，輸出到單片機(jī)的端口送入單片機(jī)內(nèi)部。檢測點滴速度子程序如圖3.1.1所示。開 始滴速檢測，讀出6秒內(nèi)點滴的數(shù)目送數(shù)目到Buffer,累加得到滴速圖3.1.1檢測點滴速度子程序3.2儲液檢測子程序本程序主要是用于測量儲液瓶內(nèi)部的液位高度的，當(dāng)液位低于23cm時，發(fā)出報警信號。如果液位的高度不在此區(qū)間內(nèi)，則點滴的速度照常采集，并送入單片機(jī)內(nèi)部。其儲液子程序流程圖如圖3.2.1所示。開 始光電傳感信號變化否？發(fā)出報警信號，儲液面進(jìn)入23cm的警戒水位進(jìn)入檢測點滴速度子程序YN發(fā)出報警信號，儲液面進(jìn)入23cm的警戒水位圖3.2.1儲液子程序流程圖3.3點滴速度控制子程序根據(jù)題目的設(shè)計要求，首先讀出6秒內(nèi)的點滴的數(shù)目（將一分種平均劃分成十分），進(jìn)而得到當(dāng)前的點滴的速度。根據(jù)其設(shè)定的速度值與當(dāng)前的點滴的速度的誤差來確定電動機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，即控制儲液瓶的位置的高低，進(jìn)一步影響下一個6秒內(nèi)的點滴的速度，如此的循環(huán)往復(fù)。其點滴速度的電動機(jī)控制程序流程圖如3.3.1所示。開 始當(dāng)前值與設(shè)定值比較小于大于等于電動機(jī)正轉(zhuǎn)，儲出液瓶下降電動機(jī)維持，滴速穩(wěn)定電動機(jī)反轉(zhuǎn)，儲液瓶上升圖3.3.1點滴速度的電動機(jī)控制程序流程圖3.4鍵盤顯示子程序鍵盤及顯示字程序主要是用于判斷速度有沒有調(diào)整的動向和點滴速度的顯示（包括當(dāng)前值和設(shè)定值）。其程序流程圖如3.4.1所示。開 始初始化繼續(xù)掃描顯示判斷有沒有鍵盤的按下延時子程序顯 示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成BCD碼，查表送入顯示緩沖區(qū)YN圖3.4.1系統(tǒng)鍵盤顯示子程序3.5系統(tǒng)的主程序設(shè)計開 始初 始 化判斷液位的高度，有沒有產(chǎn)生中斷有沒有調(diào)整鍵按下調(diào)用按鍵處理程序數(shù)據(jù)的BCD碼轉(zhuǎn)換 顯 示繼續(xù)執(zhí)行，等待圖3.5.1系統(tǒng)主程序流程圖4系統(tǒng)測試為了確定系統(tǒng)與題目要求的符合程度，我們對系統(tǒng)中的各個關(guān)鍵部分進(jìn)行了實際的測試。主要包括系統(tǒng)的測試儀器及測試結(jié)果。5總結(jié)在本設(shè)計的過程中，雖然我們花去了很多功夫，下了很大的功夫，但設(shè)計的結(jié)果也不能達(dá)到預(yù)想的效果，因為實際參數(shù)無法與設(shè)計精確匹配。本次設(shè)計綜合運用了各類傳感器。同時查閱了大量相關(guān)資料，包括查閱相關(guān)書籍和網(wǎng)上的資料，獲得了一些相關(guān)信息。在方案設(shè)計方面，討論篩選出最優(yōu)的設(shè)計方案，比如在設(shè)計顯示電路時我們放棄LCD液晶來顯示,而直接運用了數(shù)碼管顯示電路。通過這次的設(shè)計與制作，讓我了解設(shè)計電路的程序與設(shè)計理念。通過這次學(xué)習(xí)，讓我們對各種電路都有了大概的了解，對于我們以后的學(xué)習(xí)有很大的幫助。參考文獻(xiàn)：1 單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)實用子程序. 邊春元等 編著. 人民郵電出版社. 2005 2 全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽培訓(xùn)系列教程. 高吉祥 主編.電子工業(yè)出版社.20073單片微型計算機(jī)原理及應(yīng)用. 張毅坤等 編著. 西安電子科技大學(xué)出版社.19984微型計算機(jī)接口技術(shù) . 王兆月等 編著. 機(jī)械工業(yè)出版社 .20065 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品選編2003 北京理工大學(xué)出版社2005附錄附錄1 主要元器件清單 元 件 數(shù)量AT89S51 1個555 3個紅外對射光電二極管 3個7404 2片D12072個A928A 2個按鍵 4個排阻11K 1個晶振電路 1K數(shù)碼管 3個附錄2 程序清單系統(tǒng)的設(shè)計的如件程序清單如下：SDDD DATA 30HMC1 DATA 31HMC2 DATA 32HMC3 DATA 33HMC4 DATA 34HMC5 DATA 35HMC6 DATA 36HMC7 DATA 37HMC8 DATA 38HMC9 DATA 39HMC10 DATA 3AHCJDD DATA 40HXS1 DATA 41HXS2 DATA 42HXS3 DATA 43HK_ENTER BIT P1.0K_JIA BIT P1.1K_JIAN BIT P1.2ORG 0000HLJMP MAINORG 0013HLCALL INT1ORG 001BHLCALL T1ORG 0100HMAIN:MOV SP,#60H ;給堆棧指針賦初值MOV TMOD,#14H ;定時器1在模式1下工作、計數(shù)器0工作在模式0MOV TL1,#0B0H ;定時器每50ms產(chǎn)生一次溢出MOV TH1,#3CH SETB ET1 ;使能定時器1中斷SETB IT1;邊沿觸發(fā)SETB EX1;開外部中斷1SETB EA ;使能總中斷SETB TR1 ;開始計時MOV TL0,#00HMOV TH0,#00HSETB TR0 ;開始計數(shù)MOV R5,#0AHMOV R6,#0FFHMOV R7,#78HMOV R0,# MC1CLR P1.7MOV SDDD,#64HMOV CJDD,#78HMOV MC1,#78HMOV MC2,#00HMOV MC3,#00HMOV MC4,#00HMOV MC5,#00HMOV MC6,#00HMOV MC7,#00HMOV MC8,#00HMOV MC9,#00HMOV MC10,#00HLOOP:MOV A,MC1ADD A,MC2ADD A,MC3ADD A,MC4ADD A,MC5ADD A,MC6ADD A,MC7ADD A,MC8ADD A,MC9ADD A,MC10MOV CJDD,ALCALL JPCLMOV R2,CJDDLCALL SJCL;數(shù)據(jù)處理程序 LCALL DISPLAY;調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序LCALL DIANJIAJMP LOOPT1:PUSH PSWPUSH ACCDJNZ R7,TC1MOV R7,#78HMOV R0,TL0INC R0MOV TL0,#00HMOV TH0,#00HCJNE R0,#3BH,TC1MOV R0,# MC1TC1:MOV TL1,#0B0H MOV TH1,#3CHPOP ACCPOP PSWRETIINT1:PUSH PSWPUSH ACCSETB P1.7POP ACCPOP PSWRETIJPCL:JB K_ENTER,QUITLCALL K_DELAYJB K_ENTER,QUITLOOP2:MOV R2,SDDDLCALL SJCLLCALL DISPLAYJB K_JIA,QUIT1LCALL K_DELAYJB K_JIA,QUIT1LCALL JIAQUIT1:JB K_JIAN,QUIT0LCALL K_DELAYJB K_JIAN,QUIT0LCALL JIANQUIT0:DJNZ R5,LOOP2MOV R5,#0AHDJNZ R6,LOOP2QUIT:MOV R5,#0AHMOV R6,#0FFHRETJIA:MOV A,SDDDINC AMOV SDDD,ACJNE A,#96H,TC2MOV SDDD,#14HTC2:MOV R5,#00AHMOV R6,#0FFHRETJIAN:MOV A,SDDDDEC AMOV SDDD,ACJNE A,#14H,TC3MOV SDDD,#96HTC3:MOV R5,#0AHMOV R6,#0FFH RETK_DELAY:SETB PSW.4SETB PSW.3MOV R5,#0C8HJOOP1: MOV R4,#0FFHJOOP2: DJNZ R4,JOOP2 DJNZ R5,JOOP1CLR PSW.4CLR PSW.3 RETSJCL:MOV A,R2MOV B,#64HDIV ABMOV XS1,AMOV A,#0AHXCH A,BDIV ABMOV XS2,AMOV XS3,BRETDI