基于單片機智能輸液系統的(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 [3][4]。 與光敏二極管相比 ， 光敏三極管則有很大光電流放大的作用 ， 但是較高靈敏度也存在弊端，其在系統中應用時有可能導致滴速測量的不準確 ， 采用了大功率的光敏三極管正好可以彌補這一遺憾 ， 不過他的功耗太大 ， 容易造成不必要的浪費。 方案三 :脈沖調制的紅外 傳感器。紅外發射管的最大工作電流是由其平均電流決定的，而且它的調制信號占空比較小，瞬間電流會達到很大，大大提高了信號噪聲比，切實地增 強了系統的抗干擾能力 [10]。近幾十年來 ， 紅外傳感器價格合適、性能優良，正逐步得到了廣大的電子愛好者的喜愛 ， 在工農業、醫療等各大行業中得到廣泛的應用。 因此，本文所設計的系統采用了方案三。 泰山學院本科畢業設計 10 3 硬件設計 主站負責協調和控制整個系統的工作，實現接收從輸液監控儀發送的數據并對其進行分析和處理。主站包括 PC機和無線 PTR8000 模塊 兩部分，它可以看成是一個擴展了的 PC 機。 PC 機負責對輸液過程的監控和對輸液數據的管理，無線PTR8000 模塊 將 PC 機擴展成了可以接收無線信號 的裝置，并對各個輸液的監控儀進行了通信調度 ，并把接收數據傳輸到 PC 機，然后 PC機進行相應的處理。 如圖 3所示： 圖 3 主站框架圖 當本文的輸液監控系統處在工作狀態時， PTR8000 模塊收 到數據后，立即把它傳送給 PC 機，監控管理的軟件在接收到了該輸液數據之后，就將它保存到了數據庫，然后經過調用監控的模塊，把各個輸液狀態顯示到用戶界面上，管理者就可清晰的知道各輸液情況，若輸液過程中發生異常，系統就會發出聲光報警。系統硬件和軟件要作統一規劃 ,一種功能既可以由軟件實現 ,又可 以由硬件實現 ,要根據系統的實時性和性能價格比進行綜合確定 ,智能輸液監控系統可分為軟件設計、硬件設計兩大部分 ,硬件設計主要包括用在病人端的發送板和用在護士端 的接收板 ,軟件設計包括下位機及在護士端的上位機軟件程序兩大部分。 單片機的選型 AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K在系統可編程 Flash存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業 80C51 產品指MCU MCU MCU MCU MCU MCU PTR8000 PTR8000 PTR8000 從站 PTR8000 主站 MCU PC機 泰山學院本科畢業設計 11 令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統可編程 Flash，使 AT89S52 為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 具有以下標準功能： 8k字節 Flash,256 字節 RAM,32 位 I/O 口線，看門狗定時器 ,2 個數據指針，三個 16位定時器 /計數器，一個 6向量 2級中斷結構，全雙工串行口 ,片內晶振及時鐘電路 ,另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數器、 串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下 ， RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單 片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 主要 的功能如下 ： MCS51 指令系統 可以兼容 8k 可反復擦寫 (1000 次） ISP Flash ROM 工作電壓 32個雙向 I/O 口 256x8bit 內部 RAM256x8bit 內部 RAM 256x8bit 內部 RAM 全雙工 UART 串行中斷口線 時鐘頻率 033MHz 2 個外部中斷源 2個外部中斷源 2 個外部中斷源 中斷喚醒省電模式 3 級加密位 靈活的 ISP字節和分頁編程 看門狗（ WDT）電路 雙數據寄存器指針軟件設置空閑和 省電功能 以下圖 5 為引腳圖： 泰山學院本科畢業設計 12 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10A T 8 9 S 5 2 圖 5 AT89S52的引腳圖 因為內置軟件看門狗便宜和易于推廣，可免除外部看門狗芯片，以降低成本，而且也容易掌握，和工業的 80C51 指令和引腳兼容，片上 Flash 允許程序存儲器在系統可編程也靈活方便，故而選擇 AT89S52 作為下位機的微處理器。 VCC:電源 GND:地 P0口： P0 端口是 8 位雙向的漏極開路的 I/O 口。當作輸出口用時，每位可以驅動8個 TTL 型的邏輯電平。當我們對 P0 口寫入 “ 1”時，此引腳就用作高阻抗輸入來使用。在訪問外部程序和數據存儲器的時候， P0 端口會作為 低 8位的地址 /數據來使用。在這種情況下， P0 端口就具有內部的上拉電阻了。在我們用 flash 進行編程時， P0 端口會接收發送到的指令字節；在校驗程序的時候，會輸出指令字節的。我們知道在程序校驗時，需要合適的外部上拉電阻。 P1口： P1 端口是雙向的 有 內置的上拉電阻 8位 I/O 口， P1口上的輸出 端的 緩沖器可以 同時 驅動四個 TTL型的邏輯電平進行工作。當我們對 P1 口寫入 “ 1” 的時候，其內部的上拉電阻就會 拉高 端口 ，該端口就可以當作 輸入口來使用了。 當 作為輸入使用時，在內部電阻 作用下 外部被放 低的引腳，將會輸出 IIL 型電流。此 外，泰山學院本科畢業設計 13 會作為 計數器 /定時器 2的外部計數 的 輸入 端口 ， 會作為 計數器 /計時器2 觸發的 輸入 端口。當我們對 flash 校驗 和編程 的時候， P1 端口會接到 低 8 位的地址字節。 P1引腳 第二功能 如 表 2 所示 ： 表 2 P1引腳的第二功能 T2 用作定時器 /計數器 T2 的外部 的 計數輸入 端口 和時鐘的輸出 端口 T2EX 用作定時器 /計數器 T2 的 重載 /捕捉觸發 的 信號與方向控制 MOSI 系統編程時用 MISO 系統編程時用 SCK 系統編程時用 P2 口： P2 端口是 雙向的具有內部的上拉電阻的 8 位的 I/O 端口， P2 口上的輸出緩沖器可以驅動四個 TTL 型的邏輯電平。當我們對 P2 端口寫入 “ 1”的時候，其內部的上拉電阻就會把端口拉高，此時就當作輸入口來使用了。當該端口被當作輸入口來使用時，在外部被拉低的引腳在內部電阻的作用下，將輸出 IIL 型電流。在訪問外部的程序存儲器時， P2 端口會送出高 8位的地址，用 16 位地址讀取外部數據存儲器時也是這樣。此時， P2 端口會使用很強內部上拉來發送“ 1”。在使用8位的地址來訪問外部數據存儲器的時候， P2端口會輸出 P2 鎖存器中的內容。當在用 flash 編程和校驗的時候， P2 端口會依據接收到的高 8 位地址字節和控制信號來工作。 P3 口： P3 是雙向的具有內部的上拉電阻的 8 位的 I/O 端口， P3 上的輸出緩沖器可以驅動四個 TTL 型的邏輯電平工作。當我們對 P3 口寫入 “ 1”的時候，其內部的上拉電阻就會把端口拉高，該端口就可以當作輸入口來使用。當其當作輸入口使用時，在外部被拉低的引腳在內部電阻的作用下，將會輸出 IIL 型電流。 P3 端口也可以作為 AT89S52 的特殊功能來使用。另外，在我們進行 flash 編程驗的時候， P3端口也會接收控制信號。 圖 6 為最小系統圖： 泰山學院本科畢業設計 14 E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10A T 8 9 S 5 2D1L E D1 16R 1 A470R210KV C CV C CC310uF12MC R Y S T A LC215PC115PG N DG N D5V5V 圖 6 AT89S52最小系統電路圖 鍵盤設計 根據要求需要 兩個按鈕，具體電路如下 : R11KR21KV C CG N DP 2 .0P 2 .1 圖 7 鍵盤電路圖 鍵盤由一組按一定規則來排列的按鍵所組成的。實際上，一個按鍵就是一個起作用的開關元件。通俗來說，鍵盤就是一組按規則來排列的開關。我們知道按鍵按其結構原理來分成兩類，一類為觸點式的開關按鍵 [14]，比如機械式的開關、導電橡膠式的開關等；一類為無觸點的開關按鍵，比如電氣式的按鍵，磁感應的泰山學院本科畢業設計 15 按鍵等。就其特點而言，前者的造價低廉，后者的壽命較長。因此在微機系統里最常用的是觸點式的開關按鍵，本文設計的系統也 不例外。 按照接口原理，鍵盤可以分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤兩大類。這兩種鍵盤的區別之處是識別鍵符以及給出鍵碼的方法。編碼式鍵盤主要通過硬件實現了對鍵的識別，非編碼式鍵盤是由軟件控制實現了鍵盤定義和識別功能。全編碼式鍵盤可以通過硬件邏輯來提供與鍵相對應的編碼，另外還具有去除抖動與多、竄鍵保護的電路，這類鍵盤的使用較方便，但是需要的硬件較多，價格也較貴，一般的以單片機為核心的應用系統就很少采用。非編碼式鍵盤只是簡單提供了行列矩陣，其它的工作都是由軟件來完成。其經濟性強，廣泛地應用在單片機的系統中 [15]，本 文所設計的系統便是如此。 本文所設計的系統使用了機械式觸點按鍵開關，其功能是將機械觸點的通斷轉變成電氣方面邏輯關系。就是說，它可以提供標準 TTL 邏輯的電平，以便可以同通用數字系統邏輯電平互容。機械式的按鍵在按下或者放開時，在機械彈性的作用下，通常會伴隨一定時間內觸點的機械抖動 ，而后觸點才可以穩定下來。開關機械特性會直接影響抖動時間，一般是 5 10ms。按鍵的通斷狀態由觸點 在其 抖動期間內檢測出來，這樣可能會導致出現判斷錯誤。即按鍵在一次按完 或者放開期間被誤解為多次的操作，此種情況是絕對不允許發生的。為了避免 觸點 機械抖動產 生 檢測誤判，就必須采取除抖動的措施，可以從硬、軟件兩個方面進行考慮。當鍵數少時，可以采 用硬件除抖， 當檢測到了該鍵被釋放后， 在去按另外的按鍵。 本文的鍵盤的控制程序具備以下的功能 :（ 1）檢測是否有按鍵按下，并且采 取相應的硬件或者軟件措施，來消除按鍵的機械觸點產生的抖動的影響。 （ 2） 具有固定可靠 邏輯方面的處理方 法。 而 每 一 次只對一個按鍵進行處理，在此期間對于何種按鍵操作對 此系統都不會產生影響，并且無論每 次的按鍵時間是多長，系統只完成 一次按鍵 操作 的程序 功能 。 （ 3）準確無誤地輸出按鍵的值（或 者鍵號），來 達到跳轉指令的要求。本文的系統因其所使用的按鍵比較少，所以采用了兩個按鈕 的鍵盤。列線應分別連接在按鍵開關兩端，行線要由上拉的電阻接在 +5V 上。泰山學院本科畢業設計 16 當按鍵未按下時，行線會處在高電平的狀態下；當按鍵按下時，行線和列線將會導通，此時，行線的電平將會由與此線相連接的列線的電平來決定。 這就是來識別按鍵是否按下的關鍵。按鍵是否按下均影響該鍵所在行、列線的電平，各按鍵間都會相互影響，因此，必須將行線、列線信號配合 起來適當地處理，才能確定閉合鍵的位置。 數碼顯示電路 按照相關的規定，輸液時液速的正常范圍應該是每分鐘 30 到 150 滴 ,所以本系統的數碼管選擇了三位 , LED 顯示模塊使用了 74HC164 驅動共陰數碼管。 74HC164是 8 位 的 邊沿 觸發