基于單片機的液體點滴速度監控裝置設計_大學畢業論文-資料下載頁

【導讀】靜脈輸液是一種最常用的臨床治療方法，是護理專業的一項常用給藥治療技術。上應根據藥物和患者情況不同配以適當的輸液速度。輸液過快，可能會導致中毒，更嚴重。影響并給患者和護理工作增加不必要的負擔。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。本系統是利用單片機設計并制作一個智能化的液體點滴速度監測與控制裝置。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。點滴速度可用鍵盤來設定，設定范圍為20-150(滴/分)，每滴誤差范圍控制在10%左右。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。同時在水到達警戒。線以下時能發出報警信號。

　　

【正文】 電路即是有遲滯的比 較器。 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。但隨之而來的是分辨率降低。因為對遲滯比較器來說，它不能分辨差別小于腢的兩個輸入電壓值。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。除此之外，由于遲滯比較器加的正反饋很強，遠比電路中的寄生耦合強得多，故遲滯比較器還可免除由于電路寄生耦合而產生的自激振蕩。如果需要將一個跳變點固定在某一個參考電壓值上，可在正反饋電路中接入一個非線性元件，如晶體二極管，利用二極管 的單向導電性，便可實現上述要求。圖 320為其原理圖 1/4LM339*R1R 上拉VccVrVinVoWD 圖 320 遲滯比較器 （ 3）雙限比較器（窗口比較器） 圖 321電路由兩個 LM339組成一個窗口比較器。當被比較的信號電壓 Uin位于門限電壓之間時（ UR1UinUR2），輸出為高電位（ UO=UOH）。當 Uin不在門限電位范圍之間時，（ UinUR2或 UinUR1）輸出為低電位（ UO=UOL），窗口電壓腢 =UR2UR1。它可用來判斷輸入信號電位是否位于指定門限電位之間。 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。改變 C1可改變輸出方波的頻率。本電路中，當 C1=。 f=53Hz；當 C1=， f=530Hz；當 C1=， f=5300Hz。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。 R1R2VccVoR31/4LM339*C1R4R5 圖 322 振蕩器 步進電機及其驅動 ULN20xx （ 1）步進電機 步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。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。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差 (精度為 100%)的特點，廣泛應用于各種開環控制。 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。一般的驅動電路可以用圖 323的形式。 圖 323 簡單驅動電路 （ 3） 集成驅動 ULN20xx ULN20xx是高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產品，具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負載能力強等特點，適應于各類要求高速大功率驅動的系統。 ULN20xxA由 7組達林頓晶體管陣列和相應的電阻網 絡以及鉗位二極管網絡構成，每一對達林頓都串聯一個 ，在 5V的工作電壓下它能與 TTL和 CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數據，具有同時驅動 7組負載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。 ULN20xx工作電壓高，工作電流大，灌電流可達 5OOmA，并且能夠在關態時承受 5OV的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。 ULN20xxA型高壓大電流達林頓晶體管陣列電路的典型應用電路框圖如圖 324所示。鉗位二極管用于保護線圈通斷時的反電動勢擊穿集成電路，可以看出，該電路的 應用非常簡單。 123456789 101112131415161718ULN20xx1 23 45 689123456P1VCCP00P01P02P03 圖 324 典型應用圖 23 1602 型 LCD 現在的字符型液晶模塊已經是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件了。 1602 型LCD 顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內容豐富等特點。 1602 型 LCD 可以顯示 2 行 16 個字符，有 8 位數據總線 D0～ D7 和 RS， R/W， EN 三個控制端口，工作電壓為 5V，并且具有字符對比度調節和背光功能。 1602 采用標準的 16 腳接口，其中 : 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比 度最高，對比度過高時會產生 “鬼影 ”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整對比度。 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。 第 5 腳： RW 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS 和 RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 RW 為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入數據。 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。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數據線。 第 15～ 16 腳：空腳。 1602 液 晶模塊內部的控制器的控制指令： 它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現的。（說明： 1 為高電平、0 為低電平）。 指令 1：清顯示，指令碼 01H，光標復位到地址 00H 位置。 指令 2：光標復位，光標返回到地址 00H。 指令 3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移。 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令 4：顯示開關控制。 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。 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標。 B：控制 光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令 5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。 24 指令 6：功能設置命令 DL：高電平時為 4 位總線，低電平時為 8 位總線 N。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。 指令 7：字符發生器 RAM 地址設置。 指令 8： DDRAM 地址設置。 指令 9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令。或者數據，如果為低電平表示不忙。 指令 10：寫數據。 指令 11：讀數據。 液晶 顯示模塊可以和單片機 AT89C52 直接接口，電路如圖 325 所示。 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。開啟計數器，開啟定時器，創建一個 timez[3]數組來存儲時間量，計數器清零作為記錄脈沖信號的初始值計為 COUNT＝ 0。當檢測到第一個到來的脈沖信號時，程序進行中斷處理。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。每個點滴的速度順次保存 timez[2]是第一滴的時 間， timez[0]是第三滴的時間。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。 開 始設 置 計 數 器T = 0設 置 定 時 器C O U N T = 0檢 測 脈 沖C O U N T + +T im e z [0 ]= T計 算 速 度NY 圖 4－ 2 點滴速度測量程序流程圖 26 點滴速度控制 通過改變輸液管的松緊來控制液體點滴速度。其程序框圖如圖 43。 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。判斷鍵盤中有無鍵按下，將全部行線置低電平，然后檢測列線的狀態。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與 4根行線相交叉的 4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。 判斷閉合鍵所在的位置：在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某 27 根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態。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。其程序流程圖如圖 44。 開 始掃 描 鍵 盤有 鍵 按 下 嗎 ？延 時 去 鍵 抖找 到 鍵 位 置計 算 鍵 值保 存 鍵 值鍵 松 開 了 嗎 ？結 束建 立 無 效 標NYYN 圖 44 鍵盤掃描程序流程圖 液晶顯示 1) 線段的顯示： 點陣圖形式液晶由 MN個顯示單元組成，假設 LCD顯示屏有 64行，每行有 128列，每 8列對應 1字節的 8位，即每行由 16字節，共 168=128個點組成，屏上 6416個顯示單元與顯示 RAM區 1024字節相對應，每一字節的內容和顯示屏上相應位置的亮暗對應。例如屏的第一行的亮暗由 RAM區的 000H——00FH的 16字節的內容決定，當（ 000H） =FFH時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為 8個點；當（ 3FFH） =FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當（ 000H） =FFH，（ 001H） =00H，（ 002H） =00H， …… （ 00EH） =00H，（ 00FH）=00H時，則在屏幕的頂部顯示一條由 8段亮線和 8條暗線組成的虛線。這就是 LCD顯示的基本原理。 2) 字符的顯示： 用 LCD顯示一個字符時比較復雜，因為一個字符由 68或 88點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應的顯示 RAM區的 8字節，還要使每字節的不同位為 “1”，其它的為 28 “0”， 為 “1”的點亮，為 “0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內帶字符發生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據在 LCD上開始顯示的行列號及每行的列數找出顯示 RAM對應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。 漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機中提取要顯示的漢字的點陣碼（一般用字模提取軟件），每個漢字占 32B，分左右兩半，各占 16B，左邊為 5…… 右邊為 6…… 根據在 LCD上開始顯示的行列號及每行的列數可找出顯示 RAM對應的地址，設立光標，送上要顯示 的漢字的第一字節，光標位置加 1，送第二個字節，換行按列對齊，送第三個字節 …… 直到 32B顯示完就可以 LCD上得到一個完整漢字。 其程序流程圖如圖 45。 開 始初 始 化 L C D調 用 顯 示 命 令顯 示 數 據數 據 是 否 結 束返 回NY 圖 45 顯示流程圖 系統源程序 源程序見附錄。 系統源程序流程圖如圖 46。 29 開 始開 始初 始 化