光電式液滴檢測電路部分不用管它,脈沖信號用函數(shù)發(fā)生

1、致 謝要求我再說一下：電源電路寫得復雜，實際上我就用了220V/5V的一個轉換器，光電式液滴檢測電路部分不用管它，脈沖信號用函數(shù)發(fā)生器模擬就可以了，脈沖的大小幅度可自定，以430要求為主，我的脈沖信號幅度可以通過電阻調節(jié)，頻率在1/50-1/120之間；剩下的需要做的工作就是:對每5次下降沿計時求平均，轉換每分鐘多少滴，在LED上顯示出來，滴速為0或>150滴/分時，報警電路報警！報警電路我用TQ9561，LED我用4511驅動！在硬件上需能跑過，電話電路結構及部分程序:電路結構：LED顯示電路KD9561報警電路電源電路MSP430F1611光電式液滴檢測電路

2、nRF401收發(fā)芯片JTAG接口電路圖3-1輸液數(shù)據(jù)采集器的組成3.2.1 電源電路由于七段LED的存在，使得采用鈕扣電池或手機電池供電的方案并不可行，本設計中采用220V交流電轉化為5V或3.3V直流電分別供系統(tǒng)中的發(fā)射芯片nRF401、七段LED顯示電路、報警電路及單片機使用。 1、220V交流電轉化為5V的直流電圖3-2 220V交流轉5V直流如圖3-2所示，首先通過一個變壓器將220V的交流電壓為8V的交流電，再通過由四個二極管組成的橋式整流電路，將8V的交流電轉化為脈動直流，如圖3-3所示。0uO/Vt82圖3-3 脈動直流電壓通過電解電容C1轉化為直流電，電容C2、C3和LM780

3、5組成穩(wěn)壓電路，C4起濾波作用，使輸出電壓為5V直流電，供發(fā)射芯片nRF401、七段LED顯示電路及報警電路使用。2、5V交流電轉化為3.3V的直流電單片機MSP430F1611需要3.3V電源驅動，可將剛才獲得的5V直流電源轉為3.3V直流電源，如圖3-4所示。2C1EXT PWR11VINVD1+VCC(5V)3VOUTC2C3+V3.3VLM1117VD2100µF10µF10µF1K圖3-4 5V直流轉3.3V直流3.2.2 光電式液滴檢測電路1、液滴有無檢測電路+VCCR1R2VD1VD2圖3-5 光電對管模型 圖3-6 光電二極管的輸出電流脈沖系統(tǒng)設計

4、的輸液數(shù)據(jù)采集器可固定在一次性輸液器的茂菲式滴管處， 其對應的液滴采集電路如圖3-5所示，將發(fā)光二極管和光敏二極管分別置于茂菲式管的兩側，發(fā)光二極管發(fā)射的光束經(jīng)過茂菲式管中的液滴散射后投射到光敏二極管的感光面，將光線強度的變化反映在電流變化上：當有液滴滴落時，由于液滴的光學特性，使光束發(fā)散，投射到光敏二極管上的光照度將下降，從而使光敏管產(chǎn)生的電流下降；而沒有液滴滴落時，光敏二極管接收到的光照度最大，產(chǎn)生的光生電流也最大；由此形成如圖3-6所示的不同幅度的脈沖信號，因此只要檢測光電二極管的輸出電流脈沖，就可以檢測出有無液滴的通過。由于光電式的檢測方法和液體不接觸，能很好的滿足臨床醫(yī)學中嚴格的無菌

5、操作的要求，而且與液體、輸液器材無關，使輸液監(jiān)控設備的性能有很大提高，具有易用、高效和適用性強的優(yōu)點（23）（24）。2、檢測信號放大電路R4+VCCC3C2R3R6C5C4R5C1C6R7R8R9C7R10R12R13R11R241A1C1B1D1216571312149108P2.7+VCCR1R2VD1VD2MSP430圖3-7 檢測放大電路如圖3-7所示，當有液滴通過液滴接收檢測組件，VD1、VD2兩端的變化電壓由1A，1C進行兩級放大，C3、C5起濾除高頻成分的作用。R7、R8與1B組成低阻抗電源，除為放大器提供偏壓；此外1B本身為一電壓跟隨器，同時為1D提供基準電壓。有液滴通過液滴

6、檢測組件時，液滴會吸收反向紅外光，使得VD1、VD2的電壓改變，因此，當有液滴通過時，1D輸出一系列與液滴同步的正脈沖串，當無液滴通過時，1D的輸出始終為高電平，由單片機MSP430的P2.7腳接收。3.2.3 MSP430的時鐘電路MSP430系列單片機時鐘模塊有低速晶體振蕩器（LFXT1）、高速晶體振蕩器（XT2）和數(shù)字控制振蕩器（DCO）3個時鐘源。其目的是為了解決系統(tǒng)快速處理數(shù)據(jù)的要求和低功耗要求之間的矛盾，通過設計多個時鐘源或為時鐘設計各種不同工作模式，才能解決某些外圍部件實時應用的時鐘要求，如低頻通信、LCD顯示、定時器、計數(shù)器等。數(shù)字控制振蕩器DCO己經(jīng)集成在MSP430內(nèi)部，因

7、此系統(tǒng)中需設計低速晶體振蕩器和高速晶體振蕩器兩部分電路，連接如圖3-8和3-9所示。XT1XOUT1XIN1C24C25C26C27XT2XIN2XOUT2圖3-8 低速振蕩晶體 圖3-9 高速振蕩晶體LFXT1滿足了低功耗及使用32.768KHz晶振的要求。LFXT1振蕩器默認工作在低頻模式，即32.768KHz，也可以通過外接450KHz-8MHz的高速晶體振蕩器或陶瓷諧振器工作在高頻模式，在本電路中使用低頻模式，晶振外接2個22pF的電容C24、C25經(jīng)過XIN和XOUT連接到MCU。XT2為MSP430F1611工作在高頻模式時提供時鐘，XT2最高可達8MHz。在系統(tǒng)中XT2采用4MH

8、z的晶體，XT2外接2個22pF的電容C26、C27經(jīng)過XIN2和XOUT2連接到MCU。本系統(tǒng)利用MSP430自帶的時鐘電路實現(xiàn)對藥液滴速的計算，以5次液滴為一個周期算一次平均值，再將時間單位換算成分鐘，用LED顯示出來。工作在計數(shù)狀態(tài)時，時鐘電路主要應用高速振蕩器XT2。3.2.4 MSP430的JTAG接口電路MSP430F1611是具有48KB可擦寫的FLASH存儲器型MCU，具有JTAG調試接口，因此采用先通過JTAG調試器將編輯好的程序從PC直接下載到FLASH內(nèi)，再由JTAG接口控制程序運行、讀取片內(nèi)CPU狀態(tài)，以及存儲器內(nèi)容等信息供設計者調試，整個開發(fā)(編譯、調試)都可以在同一

9、個軟件集成環(huán)境中進行，不需要專門的編程器。這種以FLASH技術、JTAG調試、集成開發(fā)環(huán)境結合的開發(fā)方式，具有方便、廉價、實用等優(yōu)點。由于MSP43OF1611具有JTAG調試接口，所以只需把單片機的調試接口按照標準引出，在調試時與購買的JTAG調試器連接，即可在線調試程序，JTAG接口如3-10所示。P2TDO213+V3.3V213TDITMSTCKRST5467810911121314圖3-10 JTAG接口電路具有JTAG接口的芯片，相關JTAG引腳定義為（22）：TCK為測試時鐘輸入；TDI為測試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過TDI引腳輸入JTAG接口；TDO為測試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過TDO引腳從

10、JTAG接口輸出；TMS為測試模式選擇，TMS用來設置JTAG接口處于某種特定的測試模式；TRST為測試復位，低電平有效。JTAG是有14條線的接口，在MSP430中實際使用了其中的5條，其余引腳未用，跳線P2用來選擇JTAG調試器使用外接電源還是內(nèi)部電源，當外圍電路功率比較大時，應使用外接電源。如外圍電路功率比較小時，使用JTAG提供的內(nèi)部電源即可。3.2.5 七段LED顯示電路5KD9561P4.6MSP430F1611P4.4P4.5P4.3P4.1P4.2P4.0··DS2DS3+VCC2DS1·451145114511R14圖3-11 LED顯示電路如圖

11、3-11所示，七段LED采用并行方式連接，4511為驅動芯片，上拉電阻R14起分壓作用，以工作電壓為2.2V、工作電流為10mA 的七段LED為例，上拉電阻R14的取值為（25）：液滴變化通過液滴檢測放大電路輸入單片機MSP430的P2.7腳，單片機設為負跳變中斷觸發(fā)模式， 故每次脈沖下降沿到達時觸發(fā)單片機產(chǎn)生中斷并進行計時；對多個脈沖進行計時，取數(shù)學平均值，通過P4.0P4.5口把結果送到七段LED同步顯示滴速快慢。當?shù)我嚎旖Y束時，通過單片機MSP430的P4.6 腳，連結到高電平報警器，發(fā)出聲音報警。3.2.6 報警電路12345KD956176GNDVCCF1OSCOOUTF2OSCIR

12、1P4.6C3VCCR3圖3-12 報警電路如圖3-12所示，R1為振蕩電阻，一般為240K左右。滴液結束時， MSP430的P4.6引腳輸出為高電平，通過電阻R3對電容C3充電，使KD9561的5引腳為高電平，報警芯片工作，發(fā)出聲音報警。病人可根據(jù)報警提示將一次性輸液器的控制閥調至最小，實驗測試表明此種狀態(tài)下，茂菲式滴管中剩余藥量滴完一般需12-43分鐘，這段時間預留給醫(yī)護人員前來處理。3.2.7 無線通信電路LVCCGVDC9R14C10C11XC1VDDVSSHLT1VCO1VCO2VSSVDDDINDOUTVCCTXENPWR-UPANT1VSSANT2VSSVDDCSRF-PWRXT

13、3C12C13R15C15C14R17R16C16C17C18PWR-UPDINDOUTCSTXENnRF401圖3-13 無線通信電路如圖3-13所示，通信模塊的硬件電路的設計要點如下（26）： （1）、射頻電路對于電源噪聲相當敏感，必須采用星形布線的方法使數(shù)字部分和RF部分有各自的電源線路，并且應在靠近集成電路電源引腳處加上去耦電容。（2）、外接VCO電感應選用高頻電感，Q45，電感的精度對無線通信的距離有較大的影響，應盡量選擇精度高即2的電感，也可使用精度為5的，但通信距離會大大減小。VCO電感連線應與其他控制線保持一定的距離，應避免數(shù)字控制線從電感引腳之間經(jīng)過，并且應該使VCO電感元件

14、的中心距離nRF401的VCO1，VCO2引腳焊盤的中心5.4mm左右，電感元件的選擇與布局很重要，是設計成敗的關鍵點。 （3）、在電路板的正反兩面可使用大面積鋪銅作為接地面，使所有的器件容易去耦，兩面的鋪銅應使用多個過孔相連，所有對地線層的連接必須盡量短，接地過孔應放置在非?？拷暮副P處。 （4）、天線的設計使用PCB板的環(huán)形天線，尺寸為35mm×20mm，天線增益為11dB，天線阻抗為380，天線應位于PCB板的頂部，天線部分不要鋪銅。 （5）、如果PCB板的VCO電感設計合理，當模塊處于接收狀態(tài)時，nRF401的第4管腳電壓為1.1±0.2V。 輸液數(shù)據(jù)采集器程序

15、5.3.1 系統(tǒng)主程序在系統(tǒng)主程序中，主要完成三大任務：1. 初試化各硬件設備；2. 初始化各軟件模塊；3. 進入死循環(huán)(無限循環(huán))，調用各模塊的處理函數(shù)。流程圖如圖5-2所示。圖5-2 輸液數(shù)據(jù)采集器主程序流程圖5.3.2 系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化中，要按照順序將下列模塊初始化：1. 設置看門狗寄存器。在系統(tǒng)初始化開始前，為了系統(tǒng)正常工作，先關閉看門狗定時器。2. 初始化系統(tǒng)時鐘。將BCSCTL1寄存器的內(nèi)容清零，開啟XT2，清除振蕩器失效標志，延時并等待XT2起振。當XT2起振后，將BCSCTL2寄存器的內(nèi)容清零，并選擇XT2為MCLK、SMCLK的振蕩源。3. 初始化定時器A。首先選擇ACL

16、K為時鐘源，清除TAR寄存器，然后選擇CCI0B為信號源，并選擇下降沿捕獲模式。4. 設置I/O端口。包括端口的方向寄存器，輸出寄存器和功能寄存器。設置P2.7口為輸入端口；P3.0P3.2 、P4.0P4.5和P4.6作為輸出端口，用于連接LED，其中P3.0P3.2用來控制3個數(shù)碼管的選通狀態(tài)，P4.0P4.5用來顯示每分鐘的滴速，P4.6用來控制聲音報警。5. 初始化nRF40l無線模塊，將nRF40l設置成發(fā)射模式。 5.3.3 循環(huán)程序系統(tǒng)初始化后，輸液數(shù)據(jù)采集器的各項功能通過主循環(huán)和中斷服務程序處理，其中主循環(huán)中主要處理兩件事情：一是顯示每分鐘滴速，二是若滴速為0時，則發(fā)出聲音報警

17、。流程圖如圖5-3所示。圖5-3 循環(huán)流程圖int main ( )WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; /關閉看門狗Init_Clk ( ); /初始化時鐘Init_TimerA ( ); /初始化定時器AInit_Led ( ); /初始化LEDInit_nRF401 ( ); /初始化nRF401 While(1) if (counter = 5) /若計滿5次 counter = 0; /計數(shù)位清零 Led_Display ( ); /顯示每分鐘滴數(shù) If(Freq =0) /若滴完 Alarm_Out ( ); /報警 else LPM3; /若不滿5次，轉到低功耗模式

18、3繼續(xù)計數(shù) 5.3.4 滴速計算程序在滴速顯示程序中，首先判斷標志位是否為0，若為0，則初始化，允許定時器A中斷和允許捕獲中斷，并將標志位置為1，以便下次中斷到來時停止計時。本程序利用Timer_A的中斷設置成一計時電路，開始滴速計算，計滿5個周期算一次平均值，并將單位換算成秒。1Timer_A初始化Timer_A具有多種可選的計數(shù)器時鐘源，8種輸出模式。Timer_A有兩種工作模式：定時器模式和捕獲模式。在定時器模式下有4種計數(shù)模式：停止模式、增計數(shù)模式、連續(xù)計數(shù)模式、增/減計數(shù)模式。在監(jiān)控服務器中Timer_A作為定時器，在增計數(shù)模式下定時呼叫輸液數(shù)據(jù)采集器。在采集器中Timer_A以增模

19、式計數(shù)，以32768Hz的ACLK為Timer_A時鐘源，當捕獲此較寄存器CCR0的值設置為32767時，Timer_A正好計數(shù)l秒，循環(huán)4次剛好為4s，即對250個采集器輪詢一個周期后發(fā)生中斷。void Init_ Timer_A (void)CCTL0 = CCIE; /開啟計數(shù)器CCR0 = 32767; /設置計數(shù)時間TACTL = TASSEL_1 + MC_1; /設置Timer_A時鐘源流程圖如圖5-4所示。圖5-4 滴速計算流程圖int Timer_Counter = 0;pragma vector = TIMERA0_VECTOR _interrupt void TimerA

20、0 ( ) if (flag = 0) / 標志位為零，開始計時 TACTL |= MC_2 + TACLR; / 允許Timer A中斷 CCTL0 |= CCIE; / 允許捕獲中斷 flag = 1; / 下一次中斷時，結束計時 else if (index = 5) / 若計完5次 index = 0; / 清零 data index = TAR / 3276; / 將計時單位換算成秒 index = index + 1; / 移至下一位等待 TAR = 0; / 計數(shù)寄存器清零Timer_Counter+; / 計時次數(shù)加1 If(Timer_Counter>=3) /計時次數(shù)