輸液監控系統畢業設計(論文)說明書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ，也可由硬件實現。要根據系統實時性與價格比進行綜合考慮，輸液監控系統分為硬件，軟件兩部分：硬件部分主要是病人端的液位、滴速的檢測、報警與顯示及數據的發送，護士端的接受，報警；軟件部分主要是單片機下位機、總機程序及 PC上位機程序。其框圖如圖 22所示 ： 河南理工大學畢業設計（論文）說明書 5 圖 21 輸液監控系統分布圖 圖 22 系統框圖 輸液監控系統硬件部分 軟件部分從機部分硬件 總機部分硬件液位檢測電路無線發射電路聲光報警電路顯示電路無線接收電路聲光報警電路下位機軟件上位機軟件液滴檢測電路河南理工大學畢業設計（論文）說明書 6 方案論證與比較 液滴檢測方案選擇 方案一：用壓力傳感器 進行測量的方法。壓電傳感器主要利用壓電效應而造成的，在輸液瓶的下方加一個壓力傳感器，通過壓力大小變化來判斷是否有藥液滴下，壓力傳感器具有價格低、抗干擾能力強、使用壽命長等優點。但在本設計中卻不易實現，結果誤差較大。 方案二：采用紅外對管檢測，紅外對管是一種利用紅外線為介質的測量系統，具體用法是把對管放在莫菲式管兩側，紅外發送管對光的敏感性較強，當有液滴下落時使發送管接受到某種紅外線后會發生明顯變化進而發送信息，紅外接收管接收到微弱信號，經放大并進行電壓比較后再經整形處理傳送給單片機，計算出液滴速度。近幾十年 來，紅外傳感器以優越的價格及優良的性能得到廣大電子愛好者的青睞，廣泛應用在工業、農業、醫療等各大行業之中。 本設計采用方案二。 通信方式選擇 方案一：采用有線方式：借助雙絞線、同軸電纜等可進行點到點或點到多點的通信方式，其突出優點是保密性好、可靠性高、抗干擾性能強；但有線通信擴展性能差、布線相當麻煩、成本較高。由于有線通信是把很多線纜埋在地下，時間久了，線路容易腐化或遭到侵蝕，影響通信質量。 方案二：采用無線方式：無線通信是相對有線通信而言的，免去了布線的麻煩，即利用電磁場電磁波在空間中自由傳 播的特征，進行信息交換的一種通信方式。無線通信具有成本低廉、擴展性好、適應性好等優點。無線通信具有一定的移動性，只需在終端架設天線或連接到電臺即可，無需浪費大量人力物力去架設電線桿或挖溝埋線纜；無線通信幾乎不受地理環境限制，特別是在湖泊、山區等惡劣環境中使用非常方便。有廣泛的適應性。考慮到醫院里病房很多，所以用有線很不方便。本設計采用方案二。 河南理工大學畢業設計（論文）說明書 7 3 硬件系統設計 3． 1 硬件框圖 下位機電路在整個設計中占主導地位，是以 AT89S2為主芯片，輔以傳感器檢測電路、數碼管顯示電路、聲光報警電路、無線傳輸電路 等外圍電路共同組成的，下位機部分電路主要功能是實現液滴、液位檢測，采集信號并通過無線模塊發送出去 [3]。發送電路硬件框圖如圖 31所示 圖 31 下位機部分電路硬件框圖 本系統采用的單片機主芯片 AT89S52 為 ATMEL 所生產的一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K在系統可編程 Flash 存儲器。 AT89S52 主要功能列舉如下： 擁有靈巧的 8位 CPU 和在系統可編程 Flash 晶片內部具時鐘振蕩器（傳統最高工作頻率可至 12MHz） 內部程序存儲器（ ROM）為 8KB AT 89 S 52傳感器檢測顯示電路聲光報警電路無線發射河南理工大學畢業設計（論文）說明書 8 內部數據存儲器（ RAM）為 256 字節 32 個可編程 I/O 口線 8 個中斷向量源 三個 16 位定時器 /計數器 三級加密程序存儲器 全雙工 UART 串行通道 AT89S52 各引腳功能介紹如圖 32： 圖 32 單片機引腳圖 VCC： AT89S52 電源正端輸入，接 +5V。 VSS：電源地端。 XTAL1：單芯片系統時鐘的反相放大器輸入端。 XTAL2：系統時鐘的反相放大器輸出端，一般在設計上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接 上一只石英振蕩晶體系統就可以動作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一 20PF 的小電容，可以使系統更穩定，避免噪聲干擾而死機。 RESET： AT89S52 的重置引腳，高電平動作，當要對晶片重置時，只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個機器周期以上的時間， AT89S51 便能完成系統重置的各項動作，使得內部特殊功能寄存器之內容均被設成已知狀態，并且至地址 0000H 處開始讀入程序河南理工大學畢業設計（論文）說明書 9 代碼而執行程序。 EA/Vpp： EA為英文 External Access的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動作，也就是說當 此引腳接低電平后，系統會取用外部的程序代碼（存于外部 EPROM中）來執行程序。因此在 8031 及 8032 中， EA引腳必須接低電平，因為其內部無程序存儲器空間。如果是使用 8751 內部程序空間時，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至 8751 內部 EPROM 時，可以利用此引腳來輸入 21V的燒錄高壓（ Vpp）。 ALE/PROG： ALE 是英文 Address Latch Enable的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號。AT89S52 可以利用這支引腳來觸發外部的 8 位鎖存器（如 74LS373），將端口 0的地址總線 （ A0～ A7）鎖進鎖存器中，因為 AT89S52 是以多工的方式送出地址及數據。平時在程序執行時 ALE 引腳的輸出頻率約是系統工作頻率的 1/6，因此可以用來驅動其他周邊晶片的時基輸入。此外在燒錄 8751 程序代碼時，此引腳會被當成程序規劃的特殊功能來使用。 PSEN：此為 Program Store Enable的縮寫，其意為程序儲存啟用，當 8051 被設成為讀取外部程序代碼工作模式時（ EA=0），會送出此信號以便取得程序代碼，通常這支腳是接到 EPROM 的 OE 腳。 AT89S52 可以利用 PSEN 及 RD 引腳分別啟用存在 外部的 RAM與 EPROM，使得數據存儲器與程序存儲器可以合并在一起而共用 64K 的定址范圍。 PORT0（ ～ ）：端口 0是一個 8位寬的開路汲極（ Open Drain）雙向輸出入端口，共有 8 個位， 表示位 0， 表示位 1，依此類推。其他三個 I/O 端口（ PP P3）則不具有此電路組態，而是內部有一提升電路， P0在當做 I/O 用時可以推動 8個 LS 的 TTL 負載。如果當 EA 引腳為低電平時（即取用外部程序代碼或數據存儲器），P0 就以多工方式提供地址總線（ A0～ A7）及數據總線（ D0～ D7）。設 計者必須外加一鎖存器將端口 0 送出的地址栓鎖住成為 A0～ A7，再配合端口 2所送出的 A8～ A15 合成一完整的 16位地址總線，而定址到 64K 的外部存儲器空間。 PORT2（ ～ ）：端口 2是具有內部提升電路的雙向 I/O 端口，每一個引腳可以推動 4 個 LS 的 TTL 負載，若將端口 2 的輸出設為高電平時，此端口便能當成輸入端口來使用。 P2 除了當做一般 I/O端口使用外，若是在 AT89S52 擴充外接程序存儲器或數據存儲器時，也提供地址總線的高字節 A8～ A15，這個時候 P2便不能當做 I/O 來使用了。 PORT1（ ～ ）：端口 1也是具有內部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動 4 個 LS TTL 負載，同樣地若將端口 1 的輸出設為高電平，便是由此端口來輸入數據。如果是使用 8052 或是 8032 的話， 又當做定時器 2 的外部脈沖輸入腳，而 可以有 T2EX 功能，可以做外部中斷輸入的觸發腳位。 河南理工大學畢業設計（論文）說明書 10 PORT3（ ～ ）：端口 3也具有內部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動 4個 TTL 負載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數控制及外部數據存儲器內容的讀取或 寫入控制等功能。 其引腳分配如下： ： RXD，串行通信輸入。 ： TXD，串行通信輸出。 ： INT0，外部中斷 0輸入。 ： INT1，外部中斷 1輸入。 ： T0，計時計數器 0輸入。 ： T1，計時計數器 1輸入。 ： WR：外部數據存儲器的寫入信號。 ： RD，外部數據存儲器的讀取信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態 ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪 問外部數據存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式 1時， /EA 將內部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 河南理工大學畢業設計（論文）說明書 11 數碼顯示電路 顯示電路主要是用來顯示滴速的，液滴滴速顯示一是為了方便 護士給病人掛水時調節滴速，防止只憑經驗調速不準而造成醫療隱患；二是為了方便護士巡房，使其服務更加準確、高效。 由于輸液時滴速的正常范圍一般規定是在 30 到 150滴每分鐘，所以數碼管選用三位即可，本設計選用的是四位 (四位數碼管用三個即可 )聯體的共陰極七段數碼管進行動態顯示的，共 12個引腳，其中 8 個引腳連接數碼管的 8個段，其余 3個 tom 引腳分別驅動個位、十位、百位數碼管顯示，其顯示電路如圖 33 所示： 圖 33 數碼顯示電路 液滴液位檢測電路 液滴液位檢測電路是本設計的 重中之重，如果滴速計算不準，將帶來很大的麻煩。液位檢測不準，報警不準會造成護士手忙腳亂，失去智能監控的作用。檢測電路是把對管放在滴管兩側，對液滴速度進行測量。發送管對光比較敏感，光反應后發出模擬信號，接收管接收后經電壓比較器后進行電平轉換。檢測電路如圖 34 所示：其中 P1代表紅河南理工大學畢業設計（論文）說明書 12 外發射管， P2 代表紅外接收管 圖 34 液滴 液位 檢測電路 液位檢測原理 將紅外光發射 接收對管固定在吊瓶兩側，紅外發光二極管發出紅外光，光線透過吊瓶照射到光電接收極管，光電接收管將接收到的光 信號轉換成電信號輸出。系統要求當瓶內液面降到 4～ 5cm 時，能發出報警信號。這里的關鍵是如何檢測到液面高度，采用紅外對管實現。讓紅外發射和接收管正對放置在瓶子兩邊。根據接收信號強弱不同，用觸發器或比較器處理，可得到水位到達臨界線時會引起較大的電信號差異，由此判斷水位到達警戒線，單片機發出報警信號。其信號通過電子線路輸入數據處理模塊處理后，報警處理模塊自動發出輸液終點提示。其實物圖如圖 35 所示： 河南理工大學畢業設計（論文）說明書 13 圖 35 液位檢測實物圖 液位檢測較滴速檢測簡單一些，經過多次測試，發現 當沒有液體時的電壓是 ,有液體時的電壓是 。因此在選擇比較器的參考電壓時選擇為 。 當液位逼近報警界面時，由于氣泡等的因素，輸出電壓呈現如圖 36所示的波形 。 圖 36 液位報警時波形 河南理工大學畢業設計（論文）說明書 14 滴速檢測原理 在紅外監測中，