液體點滴速度監(jiān)控裝置的設(shè)計(已修改)
2025-09-06 10:40 本頁面
【正文】 第 1 頁 共 18 頁 液體點滴速度監(jiān)控裝置 [摘要 ] 該裝置實時地監(jiān)測液體點滴速度，通過單片機(jī)對信息的分析和處理，由主機(jī)發(fā)出相應(yīng)的指令，調(diào)整系統(tǒng)的工作平穩(wěn)，構(gòu)成了一個高性能的閉環(huán)控制系統(tǒng)。實現(xiàn)了對點滴輸液速度的直觀監(jiān)測，同時對一些異常情況的出現(xiàn)可實施報警。利用該裝置還能通過主控平臺對各個分立系統(tǒng)信息實施自動化、智能化的集中處理。能方便、簡易的操作和使用，對醫(yī)療具有很強的實用性。 [關(guān)鍵詞 ] 實時監(jiān)控 紅外傳感 閉環(huán)控制 步進(jìn)電機(jī) 一、 方案設(shè)計與論證 根據(jù)題目要求和原輸液裝置的特點，提出以下三種方案： 方案一 直接在滴斗處用兩電極棒的方法。 圖 1 此方案的傳感器采用簡單的液體導(dǎo)電原理，在滴斗處安裝兩個電極。當(dāng)水滴落下時，電極導(dǎo)通，從而使待測量的變化轉(zhuǎn)化為高低電平電信號。采用伺服電機(jī)改變系統(tǒng)裝置中液瓶與受液瓶的高度，達(dá)到改變點滴速度，從而進(jìn)行控制。 方案二 把通過電機(jī)改變系統(tǒng)裝置高度的方法，改為控制步進(jìn)電機(jī)對輸液管進(jìn)行壓縮或緩松，從而實現(xiàn)對點滴速度的改變。采用交流電動機(jī)控制 H2 的高度。 即采用紅外傳感器測量滴斗滴液，送至單片機(jī)接口計數(shù)，通過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為 4— 20MA 標(biāo)準(zhǔn)電流值，同時通過鍵盤輸入給定每分鐘的滴數(shù)，再將此滴數(shù)將其轉(zhuǎn)換為 4— 20MA 標(biāo)準(zhǔn)電流值，將此兩個信息同時進(jìn)入數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器。通過偏差計算再輸出一組 4— 20MA 標(biāo)準(zhǔn)電流值，通過變頻調(diào)速器控制電動機(jī)調(diào)節(jié) H2 的高度，來控制滴斗滴數(shù)。此方案的優(yōu)點是，完全按目前電氣工程標(biāo)準(zhǔn)化運作，可以在很短時間完成。 方案三 根據(jù)點滴裝置的特點，通過對裝置的某一位置進(jìn)行監(jiān)測和控制，達(dá)到對整個系統(tǒng)液體點滴速度的監(jiān)控。 （如圖 1）。 通過控制 輸液軟管夾頭的松緊來控制點滴速度，采用紅外傳感器測量滴斗滴數(shù)，送至單片機(jī)接口計數(shù)并顯示，首先標(biāo)定兩個脈沖（兩滴間）間的時間間隔（以 10MS 為時基單位）。然后計算給定滴斗滴數(shù)（通過鍵盤）的時間間隔（以 10MS 為時基單位）。將此兩個時間間隔進(jìn)行比較，以決定步進(jìn)電機(jī)運行的方向。該步進(jìn)電機(jī)通過絲杠控制輸液軟管夾頭的松緊，來控制滴斗滴數(shù) 傳感器 信號處理 人機(jī)對話界面 速度控制 電機(jī)驅(qū)動 待測和控制 量 第 2 頁 共 18 頁 方案比較 方案一的特點是：實現(xiàn)比較簡單容易，原理上也是可行的，但由于本裝置用于醫(yī)療，電弧的產(chǎn)生，可能對不同的藥物有影響，同時傳感器（電極）不能重復(fù)使用，以防止傳染。 方案二通過 改用紅外傳感器，彌補了方案一的不足。但是還存在問題，利用改變高度的方法雖然容易實現(xiàn)，但可控性不好。由此，我們采用了第三種方案，通過擠壓輸液管的辦法來實現(xiàn)對點滴速度的控制。 二、 系統(tǒng)原理框圖 如圖 2 所示。 圖 2 本系統(tǒng)最主要的是充分利用單片機(jī)編程的靈活性和其強大的功能，使一些小的系統(tǒng)實現(xiàn)自動化和智能化成為了現(xiàn)實。其中的器件都比較簡單，盡大可能的利用各集成芯片的功能，如系統(tǒng)的鍵盤和顯示原理電路。通過紅外傳感器對水滴滴落的動態(tài)信息的感應(yīng) ，單片機(jī)對數(shù) 據(jù)的采集分析和處理，同時使用小功率的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行機(jī)械調(diào)整，使裝置能機(jī)智、即時的響應(yīng)操作者的使用。 三、 主要電路原理與設(shè)計 AT89C51 單片機(jī)基本系統(tǒng) 控制與數(shù)值信號處理的核心采用 AT89C51 單片機(jī)，采用串口工作方式。電路如圖 3。 滴斗 紅外傳感 器及信號處理 AT89C51 基本系統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動 顯示與鍵盤控制 輸 液 管 R?1 0KR?1 0KR?1 0KR?1 0KR?1 0KR?1 0KR?1 0KR?1 0KS? R E S E TR?1KR?2KC?2 2u Fv c cC?3pc?3p12345678p0H E A D E R 812345678p2H E A D E R 8E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 10 / T1P 11 / T2P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U?8 0C 5 212345678p18 H E A D E R12345678p38 H E A D E Rv c cY?C R Y S T A L1J?C O N 11J?C O N 1 第 3 頁 共 18 頁 圖 3 顯示與鍵盤 如圖 4 利用 74LS164 進(jìn)行串行動態(tài) 9 位數(shù)碼管顯示， 74LS164 的主要功能是 8bits 的串入并出數(shù)據(jù)處理。電路結(jié)構(gòu)簡單，功能強大。采用中斷和查詢的方法，設(shè)計的 4 鍵鍵盤的形式，利用單片機(jī)的靈活編程，擴(kuò)展其鍵入功能。 圖 4 紅外傳感和信號處理 采用紅外線的發(fā)射和接收裝置，它可用來檢測包括液體在內(nèi)的各種透明體、半透明體、不透明體，從而可以靈敏地反應(yīng)水滴滴下。利用光電耦合器對電信號進(jìn)行處理，減少干擾。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制 如圖 5 圖 5 聲光報警 當(dāng)檢測到液面低于 3cm 時由單片機(jī)采集到報警信號，由報警芯片發(fā)出聲光報警。 主控制平臺 可以組建一個小型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由主機(jī)控制和監(jiān)視各個從機(jī)的工作狀態(tài)和各個裝置的信息。 如圖 6 3 41B10111E891D12131F2 5 1035 1045 10178 05 0188 05 0281 21A5 61C5P 1 .7 91 0k81 0k101 0k121 0k131 0k111 0k141k195k22242325502650275067151k205k215k161kP 1 .6P 1 .5 abfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpabfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpabfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpabfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp
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