基于單片機的液體點滴速度監控裝置設計_大學畢業論文(留存版)

　　

【正文】 ,或者說反饋電阻趨于無窮大時 (即開環狀態 ),理論上認為運放的開環放大倍數也為無窮大 (實際上是很大 ,如 LM324運放開環放大倍數為 100dB，既 10萬倍 )。同相交流放大器的特點是輸入阻抗高。它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。 （ 4）低輸入偏置電流 :最大 100納安 (LM324A)。在 VCC端口掉電期間，由 VPD向內部RAM提供電源，以保持內部 RAM中的數據。同時， AT89C52 可降至 0Hz 的靜態邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節電工作模式。 每個按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識別這個按鍵的編碼。經過 23倍的放大處理，紅外光電傳感器采集到的信號就可以很容易的被處理。當聲音報警持續 10 秒鐘后無人復位，則由單片機發出信號關閉聲光報警，同時 發出信號控制電機卡死輸液管將點滴速度強制為 0，這樣可以大大提高輸液的安全系數。首先由于對管壁施壓改變其形狀 ,其所施加的壓力與流量改變的關系非線性 ,這給流量控制帶來了難度。 電機系統方案 方案一：采用單片機和 A/D轉換構成系統，控制普通電機的步數和旋轉方向，可以考慮達林管組成的 H型 PWM電路。 綜合比較上面的方案， 電極接觸控制方式原理簡單，易于實現，可靠性強，但會導致藥品污染，危及患者安全。 整 形 脈 沖 信 號 產 生發 送接 收單 片 機前 置 電 路 圖 22 光反射原理檢測電路 方案三： 使用電容式接近開關。本系統是基于AT89C52單片機的液體點滴速度監控裝置，硬件電路采用步進電機的升降來控 制液滴速度，以及檢測儲液瓶內余液量并報警。我國只是在一些大醫院才有部分配備，且大多是國外產品，類型多樣，性能較好，如日本 JMS 株式會社的 OT 601型輸液泵（控制精度為 10% ）和 SP500型注射泵，美國、德國、以色列等國家也有性能較好的產品。固定泵控制精確，報警齊全，但體積較大；便攜泵體積小，病人可隨身攜帶，用電池作為電源，只適用于小量輸液；可植入泵使用方便，輸液時病人移動不會產生影響，但需要外科手術； 機械泵用正壓力來輸送藥物和液體，沒有電源 (電池或交流電 )，體積小，可攜帶，主要用于輸送小體積，長時間或間歇輸液，通常用于化學醫療、止痛或抗生藥類的輸液；電子式泵輸液速度可達 999ml/h，可實現智能控制。 關鍵字 點滴速度 ； 步進電動機 ； 單片機 ； 報警系統 Abstract Abstract Intravenous infusion is one of the most monly used in clinical treatment, is a monly used medication nursing professional technology. Should be based on drug and clinical patients is different with the appropriate transfusion speed. Infusion too quickly, it may cause poisoning, will lead to more serious edema, and congestive heart failure。常規臨床輸液，普遍采用掛瓶輸液，并用眼睛觀察，依靠手動夾子來控制輸液速度，不易精確控制輸液速度，而且工作量大。由于這種滴速控制是通過肉眼觀察進行估計的，需要根據經驗來調節 , 使得點滴流速不夠準確，影響了治療效果，以至危害病人健康。 SJK型數字輸液監控儀性能穩定，使用簡 便、易操作，但價格比較昂貴，應用較少。醫療器械是壁壘較高的行業，并且屬 于國家重點鼓勵發展的行業。實現框圖如圖 21。 液瓶液面檢測 方案 一 ：采用金屬電極檢測儲液瓶液面信號。液晶顯示屏（ LCM）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定不閃爍，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強等特點。由于其高度的改變與點滴速度基本成線性關系 ,這易于對點滴速度進行控制。 （ 4）顯示采用 液晶顯示屏。紅外線經過外界物體產生反射，然后由接收管接收。 R7是電位器，調節標準電壓。單片機產生四相四拍脈沖信號的波形如下圖 3－ 6。但要注意，每當訪問外部數據存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優點。由 于跨導的減小，僅需使用一 15 個較小的補償電容 (僅 )，從而就可以減小芯片尺寸。放大器電壓放大倍數 Av僅由外接電阻 Ri、 Rf決定： Av=Rf/Ri。 圖 313 交流信號三分配放大器 （ 4）有源帶通濾波器 17 許多音響裝置的頻譜分析器均使用此電路作為帶通濾波器，以選出各個不同頻段的信號，在顯示上利用發光二極管點亮的多少來指示出信號幅度的大小。 （ 6）單穩態觸發器 此電路可用在一些自動控制系統中。 LM339類似于增益不可調的運算放大器。在電路中引入正反饋可以克服這一缺點。LM339還可以組成高壓數字邏輯門電路，并可直接與 TTL、 CMOS電路接口。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示。計數器加 1為 COUNT＝ 1，取出定時器時間 time，并將時間保存到數組里。這就是 LCD顯示的基本原理。這樣一來就組成某個字符。這樣到第 3個點滴的時候，就可以計算速度了，其液體點滴速度公式： V=2400(timez[0]timez[2]) 其中根據上面的理論分析和計算，得到點滴速度測量的程序框圖如圖 4－ 2。 B：控制 光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個 脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(稱為 “步距角 ”)，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。 20 1/4LM339*R1R 上拉VccVrVinVoR11R12 圖 319 遲滯比較器 不難看出，當輸出狀態一旦轉換后，只要在跳變電壓值附近的干擾不超過腢之值，輸出電壓的值就將是穩定的。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用 “+”表示，另一個稱為反相輸入端，用 “”表示。靜態時，電容 C1充電完畢，運放 A1正輸入端電壓U2等于電源電壓 V+，故 A1輸出高電平。 R1=Q/（ 2NfoAoC），R2=Q/（（ 2Q2Ao） *2NfoAoC）， R3=2Q/（ 2 NfoC ）。按圖中所給數值， Av=10。該輸入級的另一特征是，在單電源工作模式下，輸入共模范圍包含負輸入和地，無論是輸入器件或者差動到單端變換器都不會飽和。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。 PSEN（引腳號 29）：外部程序存儲器讀選通信號。 圖 37 四相八拍脈沖信號波形 電機正反轉的環形脈沖分配表如下： 表 31 環形脈沖分配表 正轉環形脈沖分配表 反轉環形脈沖分配表 步數 P00 P01 P02 P03 步數 P00 P01 P02 P03 A B /A /B A B /A /B 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 2 0 1 1 0 2 1 0 0 1 3 0 0 1 1 3 0 0 1 1 4 1 0 0 1 4 0 1 1 0 輸液管的機械控制 考慮到機械設備 的結構，偏心輪需要的電機扭矩要求高。電路如圖 33。 U1Optoisolator110R110R2VCCGNDOUT 圖 31 光電傳感器電路 （ 2） 信號放大電路 因為紅外光功率的問題，其接收電路產生的信號十分微小，是 mV級的電壓。 系統組成方框圖如圖 25 8 點 滴 速 度 檢 測A T 8 9 C 5 2報 警 顯 示 模 塊點 滴 速 度 控 制電 機 控 制 控 制 電 路鍵 盤 控 制 圖 25 系 統組成方框圖 系統通過鍵盤輸入模塊輸入預置的點滴速度并將數據信息傳送給單片機。但此方法對機械設備的要求高 ,不容易安裝。 方案二：采用三位 LED七段數碼管顯示點滴數目。 圖 23 金屬電極檢測儲液瓶液面信號面信號 方案二：采用光電傳感器檢測點儲液瓶液面信號。 轉 換 電 路 脈 沖 信 號光 源發 送接 收單 片 機 圖 21 光透射原理檢測電路 方案二：利用光的反射原理。 目前醫院普遍使用的是人工監控點滴輸液裝置器 ， 將液體容器掛在一定高度 ， 利用勢差將液體輸入病人體內 ， 用軟管夾對軟管夾緊和放松控制滴速 ， 醫護人員按藥劑特性對滴速進行控制。 本系統就是為了減少人力浪費 ,獲得良好醫療效果而設計的液體點滴速度監控裝置 ,利用該裝置可以通過電機控制輸液管的松緊來達到控速點滴速度的目的，通過傳感系統來確定點滴速度和藥液輸完后的報警，通過鍵盤設置液體點滴速度。為此患者家屬需要陪同病人并且不斷地觀察輸液情況，這樣容易導致交叉感染，患者也 得不到良好的休息，影響治療質量和患者康復。該裝置由水滴速度測試系統、水速控制系統、顯示裝置、單片機系統、鍵盤和報警等系統組成。從改變設定值起到點滴速度基本穩定整個過程的調整時間小于 3 分鐘。 現在市場上的輸液泵，根據不同的標準有不同的分類 :固定點泵和非固定點泵 。早在幾年前，發達國家許多住院床位就已經配備了輸液泵。因此，將嵌入式系統技術應用于輸液監控裝置的研究勢在必行 ！ 本文 主要研究內容 本系統是以單片機作為控制核心，及其外圍輸入輸出系統組成的液體點滴速度監控裝置，核心控制為 AT89C52單片機，輸入系統是以獨立式按鍵鍵盤系統及水速控制系統組成。實現原理框圖如圖 22。 圖 24 光電傳感器檢測點儲液瓶液 方案三：通過軟件設置完全可以通過檢測點滴速度來產生報警信號，因此可以去掉液 6 面檢測電路而完全由液體點滴速度檢測電路代替。 綜合比較上面的方案：采用 方案 一 。改變塑料點滴管的形狀以控制液體的流速。5 滴范圍內時電機停止轉動，這樣就實現了智能控制功能。其放大倍數： Av=1+R4/R5。使得雙脈沖干擾問題得到較好解決。圖 39a 是偏心輪結構。 RST/VPD（引腳 9） 復位信號輸入端：振蕩器工作時，該引腳上持續 2個機器周期的高電平可實現復位操作。 （ 2）真差動輸入級。穩壓器的溫度系數低，因此，每個放大器就擁有良好的溫度特性以及優異的電源抑制。 Co和 Ci為耦合電容。 此電路亦可使用單電源，只需將運放正輸入端偏置在1/2V+并將電阻 R2下端接到運放正輸入端既可。顯然，提高 U1或增大R C1的數值，都會使單穩延時時間增長，反之則縮短。當 “”端電壓高于 “+”端時，輸出管飽和，相當于輸出端接低電位。遲滯比較器加有正反饋可以加快比較器的響應速度，這是它的一個優點。 22 （ 2）簡單的驅動電路 綜合系統使用的是小型步進電機，對電壓和電流要求不是很高，為了說明應用原理，故采用最簡單的驅動電路，目的在于驗證步進電機的使用，在正式工 業控制中還需在此基礎上改進。 第 6 腳： E端為使能端，當 E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令。低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F：低電平時顯示 5x7 的點陣字符，高電平時顯示 5x10 的點陣字符。 開 始點 滴 速 度 子 程 序檢 測 當 前 速 度判 斷 當 前 速 度 是 否等 于 設 定 速 度其 他 程 序判 斷 速 度 是 否大 于 設 定 速 度降 低 速 度提 高 速 度NYYN結 束 圖 4－ 3 點滴速度控制程序流程圖 鍵盤掃描 行掃描法： 行 掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，介紹過程如下。 其程序流程圖如圖 45。其程序流程圖如圖 44。 P10P11P12P13P14P15P16P17P35P36P37D0D1D2D3D4D5D6D7RSRWEVDDV0VSS* AT89C52 160210KRVCC 圖 325 接口電路 25 第 4 章 系統軟件設計 點滴速度測量 電路信號脈沖如下圖 41： 圖 41 脈沖信號檢測 使用定時器定時，設定時間為 50ms。 S:屏幕上所有文字是否