基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)_大學(xué)畢業(yè)論文(完整版)

　　

【正文】 6out21089VddVss2KRPGNDVCC10R3OUTIN 圖 33 電壓比較電路 由電路圖可以看到，接收管與發(fā)射管正相對(duì)，無液滴滴下時(shí)，接收管收到信號(hào)，輸出低電平；有液滴滴下時(shí)，下落的水滴對(duì)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(hào)，產(chǎn)生一個(gè)較長(zhǎng)的脈動(dòng)，但是信號(hào)小，所以經(jīng)過一個(gè)運(yùn)算放大器 LM342放大之后在經(jīng)過電壓比較器 LM339就可以輸出一個(gè)正向的脈沖信號(hào)送給單片機(jī)中斷口，據(jù)此就可以正確的測(cè) 出液滴的滴數(shù)，即點(diǎn)滴的速度（滴/分）。電壓比較器能將輸入電壓和標(biāo)準(zhǔn)電壓相比較。所以必須經(jīng)過放大電路將其放大，才能得到可以識(shí)別的信號(hào)。控制部分主要包括 3個(gè)電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制電路、電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、 液晶顯示屏 的動(dòng)態(tài)顯示 電路。點(diǎn)滴速度檢測(cè)系統(tǒng)通過紅外光電傳感器檢測(cè)點(diǎn)滴速度，并以電信號(hào)的形式傳給單片機(jī)，經(jīng)運(yùn)算、分析、處理后單片機(jī)通過輸出端口將數(shù)據(jù)傳給顯示模塊和電機(jī)。更符合當(dāng)今設(shè)備發(fā)展方向的要求。設(shè) 備可移動(dòng)性小，而且對(duì)電機(jī)的功率也有一定的要求，要采用大功率的電機(jī)。延時(shí)短，定位準(zhǔn)確 ,精度高 ,可操作性強(qiáng)。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。 鍵盤方案 方案一：采用矩陣式鍵盤 ,此類鍵盤利用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)按鍵盤較多時(shí)可降低占用行列掃描方式，單片機(jī)的 I/O口數(shù)目，缺點(diǎn)為電路復(fù)雜且會(huì)加大編程難度。原理如圖 24所示。而高放大倍數(shù)高的放大電路很容易受到干擾，還容易產(chǎn)生電路自激，增加了電路設(shè)計(jì)上的難度，更降低了電路的穩(wěn)定性。使用反射式紅外光電傳感器檢測(cè)。使用紅外對(duì)管實(shí)現(xiàn)液體點(diǎn)滴檢測(cè)。如何使這種手工操作走向自動(dòng)化或半自動(dòng)化 ， 讓護(hù)理人員監(jiān)控病人打點(diǎn)滴的進(jìn)程時(shí)間得到充分利用 ， 使能自 理的病人自己能掌握點(diǎn)滴的速度 ， 這就要求醫(yī)療器械加速自動(dòng)化與半自動(dòng)化進(jìn)程 ， 提高醫(yī)護(hù)質(zhì)量。由于規(guī)范操作下，輸液阻塞、氣泡混入是可以避免的，因此輸液速度的控制和輸液完成報(bào)警成為了人們更為關(guān)心的問題。本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)液體點(diǎn)滴速度的智能化控制。 在輸液的過程中要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)剩余的藥液。同時(shí)，護(hù)士也需要不停地巡視病房，增加工作負(fù)荷，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生醫(yī)療糾紛。在輸液過程中 , 輸液速度是一個(gè)很重要的參數(shù) , 一般要根據(jù)患者年齡、病情和藥物種類等因素來分別確定。應(yīng)用水的壓強(qiáng)隨著高度差的變化而變化的原理，利用控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的升降來控制點(diǎn)滴速度。摘 要 基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置設(shè)計(jì) 摘 要 摘 要 靜脈輸液是一種最常用的臨床治療方法，是護(hù)理專業(yè)的一項(xiàng)常用給藥治療技術(shù)。點(diǎn)滴速度可用鍵盤來設(shè)定，設(shè)定范圍為 20150(滴 /分 )， 每滴 誤差范圍 控制 在 10%左右 。同時(shí)，在靜脈輸液過程中，必須有人陪護(hù)，以防鼓包等事故發(fā)生，尤其對(duì)術(shù)后幾乎需要 24 小時(shí)不間斷輸液的患者的監(jiān)護(hù)，更是讓護(hù)理者身心憔悴?；谝陨锨闆r，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)治療過程采用自動(dòng)化監(jiān)控和管理是發(fā)展的必然趨勢(shì)。在藥液輸入完后，還需要由 護(hù)士及時(shí)換瓶或拔除針頭，加重了醫(yī)護(hù)人員的工作強(qiáng)度。 國內(nèi)外 研究 現(xiàn)狀 國外對(duì)智能型輸液裝置的研究較早，如日本、 美國和德國等國家上世紀(jì)八十年代末就進(jìn)行了智能型輸液裝置的研制。而且輸液完成報(bào)警器的研制也成為近年來的一個(gè)熱門課題，根據(jù)前年對(duì)國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利信息的查詢，已有 67 種輸液完成報(bào)警器 專利技術(shù)，但由于各專利技術(shù)或多或少都存在著這樣或那樣的缺陷，諸 3 如安全性、可靠性、成本及可操作性等問題，致使真正轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的專利并不多。目前國內(nèi)尚未完全解決輸液時(shí)的自動(dòng)監(jiān)控問題。當(dāng)沒有點(diǎn)滴下落的時(shí)候 ,檢測(cè)系統(tǒng)輸出一個(gè)比較低的電壓而當(dāng)有點(diǎn)滴經(jīng)過紅外檢測(cè)電路就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比較高的電壓。紅外發(fā)光二極管垂直于漏斗壁發(fā)送紅外光，紅外接收管依據(jù)接收到的紅外光信號(hào)的強(qiáng)弱產(chǎn)生脈沖信號(hào)，先通過放大電路的處理再通過電壓比較電路的處 理就可以得到單片機(jī)可以處理的脈沖信號(hào)。方案二利用光的反射原理實(shí)現(xiàn)時(shí)，由于反射信號(hào)比較強(qiáng)，這樣可以減小信號(hào)檢測(cè)時(shí)的誤差，同時(shí)電路形式要比透射電路情況簡(jiǎn)單。發(fā)光二極管發(fā)射的平行光束穿過茂菲氏滴管投射到光敏三極管的感光面上，在沒有液體時(shí)，光敏三極管接收到的光照度最大，產(chǎn)生的光電流也最大，當(dāng)有液體時(shí)，由于液滴對(duì)紅外光的吸收特性，使平行光束發(fā)散，投射到光敏三極管上的光照度將減弱，從而使光敏三極管產(chǎn)生的光電流減小，實(shí)驗(yàn)證明在低液面（ 2cm4cm）的情況下，進(jìn)氣所形成上升氣泡在液 面的聚集與運(yùn)動(dòng)，使平行光束的發(fā)散效應(yīng)明顯增強(qiáng)。 方案二：采用獨(dú)立式按鍵電路，每個(gè)按鍵單獨(dú)占有一根 I/O接口線 ,每個(gè) I/O口的工作狀態(tài)互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。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。 綜合考慮，一方面調(diào)節(jié)的步長(zhǎng)盡可能的小，定位要好；另一方面如果停止信號(hào)到來，要能立刻停止電機(jī)。 方案二 ： 采用單片機(jī)和可編程邏輯器件控制輸液軟管的松緊來控制點(diǎn)滴速度。 總結(jié)上述原因 ,我選用方案二，制輸液軟管的松緊來控制點(diǎn)滴速度。由于硬件的限制既不可預(yù)測(cè)的誤差，實(shí)際點(diǎn)滴速度極難達(dá)到預(yù)置值，因此設(shè)置當(dāng)實(shí)際點(diǎn)滴速度進(jìn)入預(yù)置值 177。 電路模塊電路設(shè)計(jì) 液體點(diǎn)滴速度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用 紅外光電傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以辨別的電信號(hào)。放大器是由集成運(yùn)算放大器 LM324構(gòu)成的同向交流放大器。低于標(biāo)準(zhǔn)電壓的，比較器輸出 0電壓（低電壓）。 經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在受環(huán)境光線的影響時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)液滴產(chǎn)生兩個(gè)脈沖的現(xiàn)象，為此我在軟件上設(shè)計(jì)了消除雙脈沖程序。本系統(tǒng)中使用步進(jìn)電機(jī)來控制的高度，以控制點(diǎn)滴速度。因此在偏心輪和拉繩機(jī)械結(jié)構(gòu)中采用了拉繩結(jié)構(gòu)。 （ 2）時(shí)鐘 XTAL1(引腳號(hào) 19)：內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶振的一個(gè)引腳，當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地。 PSEN可以驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LSTTL電路。 P0口能驅(qū)動(dòng)8個(gè) LSTTL負(fù)載。 LM324N參數(shù)： （ 1）短路保護(hù)輸出。 （ 9）在輸入端的靜電放電希位增加可靠性而不影響器件的工作。每個(gè)放大器都有內(nèi)部電壓穩(wěn)壓器提供偏置。 （ 1）反相交流放大器 電路見圖 311。一般情況下先取 Ri與信號(hào)源內(nèi)阻相等，然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)在選定 Rf。而對(duì)信號(hào)源的影響極小。此電路亦可用于一般的選頻放大。運(yùn)放 A A2只要有一個(gè)輸出高電平，晶體管 BG1就會(huì)導(dǎo)通，發(fā)光二極管 LED就會(huì)點(diǎn)亮。當(dāng)輸入電壓變高時(shí)，二極管 D1截止，電源電壓 R3給電容 C1充電，當(dāng) C1上充電電壓大于 U1時(shí)，既 U2U1， A1輸出又變?yōu)楦唠娖剑瑥亩Y(jié)束了一次單穩(wěn)觸發(fā)。1V～ 177。當(dāng) “+”端電壓高于 “”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。輸入信號(hào) Uin，即待比較電壓，它加到同相輸入端，在反相輸入端接一個(gè)參考電壓（門限電平） Ur。因?yàn)閷?duì)遲滯比較器來說，它不能分辨差別小于腢的兩個(gè)輸入電壓值。 21 R1R 上拉VccVR1VoR21/4LM339*1/4LM339*VinVR2 圖 321 雙限比較器 （ 4） 振蕩器 圖 322為有 1/4LM339組成的音頻方波振蕩器的電路。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差 (精度為 100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 123456789 101112131415161718ULN20xx1 23 45 689123456P1VCCP00P01P02P03 圖 324 典型應(yīng)用圖 23 1602 型 LCD 現(xiàn)在的字符型液晶模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了。當(dāng) RS 和 RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移。 24 指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為 4 位總線，低電平時(shí)為 8 位總線 N。 液晶 顯示模塊可以和單片機(jī) AT89C52 直接接口，電路如圖 325 所示。其程序框圖如圖 43。若某列為低，則該列線與置 為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。 漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼（一般用字模提取軟件），每個(gè)漢字占 32B，分左右兩半，各占 16B，左邊為 5…… 右邊為 6…… 根據(jù)在 LCD上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)可找出顯示 RAM對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示 的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加 1，送第二個(gè)字節(jié)，換行按列對(duì)齊，送第三個(gè)字節(jié) …… 直到 32B顯示完就可以 LCD上得到一個(gè)完整漢字。 開 始初 始 化 L C D調(diào) 用 顯 示 命 令顯 示 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 是 否 結(jié) 束返 回NY 圖 45 顯示流程圖 系統(tǒng)源程序 源程序見附錄。 開 始掃 描 鍵 盤有 鍵 按 下 嗎 ？延 時(shí) 去 鍵 抖找 到 鍵 位 置計(jì) 算 鍵 值保 存 鍵 值鍵 松 開 了 嗎 ？結(jié) 束建 立 無 效 標(biāo)NYYN 圖 44 鍵盤掃描程序流程圖 液晶顯示 1) 線段的顯示： 點(diǎn)陣圖形式液晶由 MN個(gè)顯示單元組成，假設(shè) LCD顯示屏有 64行，每行有 128列，每 8列對(duì)應(yīng) 1字節(jié)的 8位，即每行由 16字節(jié)，共 168=128個(gè)點(diǎn)組成，屏上 6416個(gè)顯示單元與顯示 RAM區(qū) 1024字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。判斷鍵盤中有無鍵按下，將全部行線置低電平，然后檢測(cè)列線的狀態(tài)。開啟計(jì)數(shù)器，開啟定時(shí)器，創(chuàng)建一個(gè) timez[3]數(shù)組來存儲(chǔ)時(shí)間量，計(jì)數(shù)器清零作為記錄脈沖信號(hào)的初始值計(jì)為 COUNT＝ 0。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。高電平表示有效，低電平則無效。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 1602 型 LCD 可以顯示 2 行 16 個(gè)字符，有 8 位數(shù)據(jù)總線 D0～ D7 和 RS， R/W， EN 三個(gè)控制端口，工作電壓為 5V，并且具有字符對(duì)比度調(diào)節(jié)和背光功能。一般的驅(qū)動(dòng)電路可以用圖 323的形式。本電路中，當(dāng) C1=。除此之外，由于遲滯比較器加的正反饋很強(qiáng)，遠(yuǎn)比電路中的寄生耦合強(qiáng)得多，故遲滯比較器還可免除由于電路寄生耦合而產(chǎn)生的自激振蕩。 1/4LM339*R1R 上拉VccVrVinVccVo 圖 318 基本單限比較器 （ 2） 遲滯比較器 遲滯比較器又可理解為加正反饋的單限比較器。兩個(gè)輸入端電壓差別大于 10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把 LM339用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。 19 LM339集成塊采用 C14型封裝，圖 320為外 型及管腳排列圖。見圖 316。 若選擇 U2U1，則當(dāng)輸入電壓在 [U2， U1]區(qū)間范圍時(shí)， LED點(diǎn)亮，這是一個(gè) “窗口 ”電壓指示器。見圖 314。 R R2組成 1/2V+偏置，靜態(tài)時(shí) A1輸出端電壓為 1/2V+，故運(yùn)放 A2A4輸出端亦為 1/2V+，通過輸入輸出電容的隔直作用，取出交流信號(hào)，形成三路分配輸出。 16 圖 311 反相交流放大器 （ 2）同相交流放大器 見附圖 312。電路無需調(diào)試。 引腳說明： 它采用 14腳雙列直插塑料封裝。每個(gè)運(yùn)放的第一級(jí)由帶輸入緩沖晶體管Q21和 Q17的差動(dòng)輸入器件 Q20和 Q18，以及差動(dòng)到單端轉(zhuǎn)換器 Q3和 Q4。 （ 3）單電源工作 :3伏至 32伏。在 Flash編程時(shí)， P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。此引腳還可以接上備用電源。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接外部振蕩源。圖 39b是拉繩結(jié)構(gòu) 元器件說明 AT89C52 13 AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM,32 個(gè) I/O口線，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。 電路原理圖如圖 3－ 5。 11 鍵盤控制電路 用 AT89SC52的并行口 P1接 4X4矩陣鍵盤，以 － ，以 － 出線。這樣，就完成了信 號(hào)的轉(zhuǎn)換。在此 Av=1+500/22=23。 紅外光電傳感