【正文】 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機的輸液滴速控制系統(tǒng)摘 要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，以作完善。利用單片機設(shè)計一個智能化的液體點滴速度監(jiān)測與控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由水滴速度測試系統(tǒng)、水速控制系統(tǒng)、顯示裝置、單片機系統(tǒng)、鍵盤和報警等系統(tǒng)組成。應(yīng)用水的壓強隨著高度差的變化而變化的原理，利用控制步進電動機的升降來控制點滴速度。點滴速度可用鍵盤來設(shè)定，同時在水到達警戒線 (23cm)以下時能發(fā)出報警信號。關(guān)鍵詞： 點滴速度 步進電動機 單片機The design of the liquid inputing system besing on onechip puter AbstractWith the development at full speed of science and technology in recent years, the application of the onechip puter is being moved towards deepenning constantly, drive tradition is it measure crescent benefit to upgrade day to control at the same time. In measuring in real time and automatically controlled onechip puter application system, the onechip puter often uses as a key part, only onechip puter respect knowledge is not enough, should also follow the concrete hardware structure , and direct against and use the software of target39。s characteristic to bine concretly, in order to do perfectly.The design of an intelligent speed monitoring and control system are controlled with single chip is posed of a water droplet test system speed control system display,keyboard and alarm of the principle of the water pressure changes with control the drop speed by lifting control of walking can use the keyboard to set the bit rate,as the same time,the water reached below the line(23cm)can be issued a warning signal.Key words: Drip Speed Step Motor Chip MicroputerIV目 錄前 言 1第1章 課題研究價值 2 選題背景 2 課題的主要內(nèi)容 2 研究目的與發(fā)展前景 3第2章 系統(tǒng)方案確定 4 系統(tǒng)設(shè)計要求 4 系統(tǒng)設(shè)計總體方案 5 系統(tǒng)原理框圖及原理分析 6 系統(tǒng)各模塊方案選擇 7第3章 硬件設(shè)計 11 單片機應(yīng)用系統(tǒng) 11 系統(tǒng)硬件設(shè)計 21 主站及通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計 21 從站電路設(shè)計 28第4章 軟件設(shè)計 33 檢測點滴速度子程序 33 儲液檢測子程序 34 點滴速度控制子程序 34 鍵盤顯示子程序 ......35 系統(tǒng)主程序設(shè)計...........................................................................................36第5章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果 38 系統(tǒng)的調(diào)試 38 系統(tǒng)結(jié)果 38 系統(tǒng)抗干擾措施...........................................................................................39結(jié) 論 41附 錄 42參考文獻 ................................................................................................................................49致 謝.........................................................................................................................................50 前 言身為自動化專業(yè)的一名學(xué)生，我認為科技旨在為人們創(chuàng)造更完美舒適的生活，更完善的科技醫(yī)療保證。工業(yè)自動化的發(fā)展，不僅減輕了工作給人們帶來的巨大負擔，而且創(chuàng)造了巨大效益。在現(xiàn)實生活中，自動化控制更有他的用武之地，甚至有更為廣闊的發(fā)展空間，而智能醫(yī)療酒神人們利用科技保障健康的美好愿望和迫切需要。在當今最為矚目的醫(yī)療器械行業(yè)，一直采用的傳統(tǒng)人工點滴輸液方式，對于輸液速度的測量和控制很不方便，基于此，一種新型的智能測控裝置漸漸發(fā)展起來。本課題擬以單片機為核心，設(shè)計一個液體點滴速度監(jiān)測與控制裝置，能檢測點滴速度，控制點滴速度，并能發(fā)出報警信號。系統(tǒng)采用主站控制從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)方式實現(xiàn)醫(yī)療輸液過程的控制。設(shè)計的主要內(nèi)容是完成控制系統(tǒng)控制裝置的軟、硬件設(shè)計及調(diào)試。所以在發(fā)展迅猛的科技時代，單片機輸液點滴速度控制的發(fā)展在今和未來將成為醫(yī)療設(shè)施發(fā)展的大趨勢。第1章 課題研究價值 選題背景近年來隨著科技的迅猛發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月異更新。在實時檢測與自動控制的單片機的應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用。但是，僅僅掌握單片機方面的知識是遠遠不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體的硬件結(jié)構(gòu)，針對具體應(yīng)用對象的特點進行軟硬件的結(jié)合，便于完善。尤其在當今最為矚目的醫(yī)療器械行業(yè)，一直采用的傳統(tǒng)人工點滴輸液方式，對于輸液速度的測量和控制很不方便，基于此，一種新型的智能測控裝置漸漸發(fā)展起來。在國外，特別是美國，韓國這些醫(yī)療設(shè)施發(fā)達的國家，點滴測控系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在其醫(yī)療行業(yè)，并且逐漸成熟，成本低，方便使用。在國內(nèi)，目前醫(yī)院普遍使用的是人工監(jiān)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(nèi)，用軟管夾對軟管夾緊和放松控制滴速，醫(yī)護人員按藥劑特性對滴速進行控制，為此研究點控制就顯得尤為重要。 課題的主要內(nèi)容在輸液點滴速度控制系統(tǒng)中，應(yīng)用AT89C52單片機，滴速檢測和液面檢測可用光電傳感器，顯示部分選擇數(shù)碼管顯示。鍵盤直接利用I/O 擴展而成。通訊協(xié)議采用串行通信方式。滴速控制采用步進電機提高輸液瓶高度來控制滴速的快慢，步進電動機控制采用模糊控制，報警電路同時采用蜂鳴器和發(fā)光二極管。經(jīng)過參考一些深入的研究和文獻知識，此設(shè)計實現(xiàn)具有可行性。 研究目的與發(fā)展前景本課題擬以單片機為核心，設(shè)計一個液體點滴速度監(jiān)測與控制裝置，能檢測點滴速度，控制點滴速度，并能發(fā)出報警信號。系統(tǒng)采用主站控制從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)方式實現(xiàn)醫(yī)療輸液過程的控制。設(shè)計的主要內(nèi)容是完成控制系統(tǒng)控制裝置的軟、硬件設(shè)計及調(diào)試。單片機輸液點滴速度控制的發(fā)展在今和未來將成為醫(yī)療設(shè)施發(fā)展的趨勢，畢竟，單片機憑著優(yōu)越的性價比，與以往的點滴滴速控制系統(tǒng)相比，其單片機價格便宜，操作易于實現(xiàn)，而且對滴速的控制要求精度也較高。再者，單片機操作多機控制系統(tǒng)，還可減輕工作人員的壓力，提高醫(yī)護人員的工作效率。第2章　系統(tǒng)方案確定　系統(tǒng)設(shè)計要求本課題擬以單片機為核心，設(shè)計一個液體點滴速度監(jiān)測與控制裝置，能檢測點滴速度，控制點滴速度，并能發(fā)出報警信號。系統(tǒng)采用主站控制從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)方式實現(xiàn)醫(yī)療輸液過程的控制。設(shè)計的主要內(nèi)容是完成控制系統(tǒng)控制裝置的軟、硬件設(shè)計及調(diào)試。 系統(tǒng)裝置圖基本要求：1）在滴斗處檢測滴速，并制作一個數(shù)顯裝置，能動態(tài)顯示點滴速度（滴/min）。2）通過改變控制點滴速度，如圖所示，或通過控制輸軟管夾頭的松緊等其它方式來控制點滴速度。點滴速度可用鍵盤設(shè)定顯示，設(shè)定范圍為20～150滴/min，控制誤差范圍設(shè)定值（177。10％177。1）滴。3）調(diào)整時間3min（從改變設(shè)定值起到點滴速度基本穩(wěn)定，能人工讀出數(shù)據(jù)為止）。4）當降到警戒值（2～3cm）時，能發(fā)出報警信號。其他部分設(shè)計制作一個由主站控制16個從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)。16個從站中只有一個從站是按基本要求制作的一套點滴速度監(jiān)控裝置，其它從站為模擬從站（僅要求制作一個模擬從站）。（1）主站功能：。，主站能任意設(shè)定要查詢從站的數(shù)量、從站號和各從站的點滴速度。，能聲光報警并能顯示相應(yīng)的從站號；可用手動方式解除報警狀態(tài)。（2）從站功能：、點滴速度和報警信號；從站號和點滴速度可任意設(shè)定。（3）主站和從站間的通訊方式不限，通信協(xié)議自定，但應(yīng)盡量減少信號傳輸線的量。 系統(tǒng)設(shè)計總體方案本系統(tǒng)從站以AT89C52單片機為核心，輔以一些必須的外圍電路，實現(xiàn)滴速檢測和控制。而用另外一片AT89C52單片機作為主站，采用通訊協(xié)議進行傳輸，設(shè)計實現(xiàn)一個主站控制多個從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)。主機采用大屏幕液晶顯示器，不但可以顯示當前滴速、在聲光報警后還可顯示相應(yīng)的從機號，更嵌入時間顯示模塊，實現(xiàn)簡單友好的人機界面，符合實際要求。主站鍵盤直接采用I/O擴展而成，充分考慮到了操作的便捷和簡易性。外圍電路電源均由主機統(tǒng)一控制管理。監(jiān)測與點滴速度調(diào)節(jié)構(gòu)成從站的主要功能，其主要模塊除單片機控制部分外，還有滴速檢測]]]]、滴速調(diào)節(jié)、異常報警電路、速度設(shè)定與數(shù)碼顯示等。系統(tǒng)采用光電耦合傳感器來進行檢測滴速和液面高度產(chǎn)生中斷進行計數(shù)，采用步進電機升降來進行滴速的控制，如果檢測到的滴速在要求誤差范圍內(nèi)過快或者過慢，則驅(qū)動步進電機來調(diào)節(jié)儲液瓶的高度或者擠壓軟管達到控制的目的。當出現(xiàn)異常情況如儲液低于（2～3cm）時或者滴速低于或高于要求控制的范圍（20～150滴/min）時，則驅(qū)動聲光報警電路進行報警。顯示裝置則采用LED顯示器，從站鍵盤采用8279擴展鍵盤，另外還可加入紅外遙控鍵盤裝置，護士人員不但對從站控制方便也還為醫(yī)療人員提供方便，此系統(tǒng)暫沒有提供紅外遙控鍵盤裝置設(shè)計，如讀者有興趣，可自行設(shè)計。電機采用模糊控制算法，提高控制精度，驅(qū)動電路由相關(guān)的驅(qū)動芯片組成[1]。 系統(tǒng)原理框圖及原理分析利用步進機和壓強的原理來控制水滴的速度，有公式可以知道由于液面高度的不同而使壓強不同，從而改變液滴的速度。這樣的系統(tǒng)比控制輸液軟管的松緊更好控制，而且比較容易實現(xiàn)。～150(滴／min)的調(diào)節(jié)。首先大概測出對應(yīng)高度所對應(yīng)的水滴速度，并記下來存在單片機內(nèi)，需要使用時就直接調(diào)出來。在滴斗處用紅外系統(tǒng)來測量水滴的速度，再在儲液瓶到瓶口3cm處裝一個對射式紅外傳感器來監(jiān)控水位。當在鍵盤上按人某個點滴速度時，從單片機內(nèi)調(diào)出相對應(yīng)的某一個高度，然后控制步進電動機轉(zhuǎn)動進行粗調(diào)，再利用紅外系統(tǒng)進行反饋來細調(diào)，直到紅外反饋和所按的速度一樣為止。調(diào)好以后由于液面的下降和一些其他的因素，又會產(chǎn)生一些速度的變化，或者本身水滴的速度又不是均勻的，所以調(diào)好以后速度有可能自身就會發(fā)生變化。可以利用紅外監(jiān)控，智能化的調(diào)整高度來控制速度，即利用單片機隨時自我調(diào)整。鍵盤設(shè)置速度顯示模塊AT89C52單片機點滴速度檢測模塊給主站發(fā)送程序聲光報警裝置電動機驅(qū)動裝置步行電機 系統(tǒng)原理框圖 系統(tǒng)各模塊方案選擇方案一：采用金屬電極檢測點滴速度信號以及儲液瓶液面信號。用藥液的導(dǎo)電特性實現(xiàn)液滴速度及儲液瓶液面信號的檢測，當有液滴下落時，金屬電極接通，此時產(chǎn)生一個高信號脈沖，無液滴下落時，金屬電極斷開，由此產(chǎn)生一個高低信號脈沖，通過對高低脈沖進行計數(shù)，檢測液滴速度（滴／min），同理，液面也可以采用金屬電極檢測。通常電極采用不銹鋼等耐腐蝕材料制成。... 13 方案二：采用光電傳感器檢測點滴速度以及儲液瓶液面信號。發(fā)光二極管發(fā)射的平行光束穿過滴管投射到光敏三極管的感光面上，在沒有液滴滴落時，光敏三極管接收到的光照度最大，產(chǎn)生的光電流也最大，當有液滴滴落時，由于液滴的形狀特性，使平行光束發(fā)散，投射到光敏三極管上的光照度將減弱，從而使光敏三極管產(chǎn)生的光電流減小，形成低信號脈沖。液位檢測的基本原理與液滴檢測相同。經(jīng)過實驗可發(fā)現(xiàn)對射式紅外傳感器能比較靈敏地測出水滴。利用測量相鄰點滴下落的時間間隔即可確定點滴速度。由此方案所選定的裝置也可用于判斷液位是否到達警戒線。... 13方案一：改變輸液瓶高度控制點滴速度。在輸液管截面積確定的條件下，利用儲液瓶高度不同所引起的液體壓強差的改變，實現(xiàn)對點滴速度的控制，當液滴速低于要求時，提高液瓶的高度增大壓強減小滴速，反之則可提高液滴速度。方案二：改變輸液軟管截面積控制點滴速度。在輸液瓶高度確定的條件下，通過改變輸液管導(dǎo)通截面積實現(xiàn)點滴速度的控制，當?shù)嗡俑哂谝髸r，擠壓軟管則可達到調(diào)速要求，反之，則可提高滴速。凸輪軸心軟管固定板 擠壓軟管滴速控制裝置方案三：拉緊軟管控制點滴速度。，可以拉緊軟管或者放松軟管來控制滴速軟管固定點電動機 拉緊壓軟管滴速控制裝置方案一中的高度控制可利用小型電機實現(xiàn)，具有結(jié)構(gòu)簡單、控制精度高等特點。方案二因為輸液軟管的截面積較小且形變后恢復(fù)速度較慢，難以實現(xiàn)點滴速度的精確控制。方案三中，雖容易實現(xiàn)，由于作用時間長的話，對軟管有損傷，可能引起漏液，且和方案二一樣存在輸液軟管的截面積較小且形變后恢復(fù)速度較慢，此三種方案都有優(yōu)、缺點，但權(quán)衡之下還是方案一更好一些。因此在本系統(tǒng)采用方案一。電機驅(qū)動控制電路應(yīng)選取電路結(jié)構(gòu)簡單、功耗小、元器件價格便宜的方案。同時還要實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)停的雙重控制功能，以使其控制的儲液瓶能方便地實現(xiàn)上升、下降。方案一：采用模糊控制。其優(yōu)點是不需要精確知道被控對象的數(shù)學(xué)模型，而且適用于具有較大滯后特性的被控對象。缺點是靜態(tài)誤差不容易控制。方案二：采用PI控制。其優(yōu)點是理論和技術(shù)都很成熟，在單片機上較易實現(xiàn)，可以達到較小的靜態(tài)誤差[2]。方案三：采用模糊控制與PI 控制結(jié)合的算法。本系統(tǒng)采用方案三。、顯示及聲光報警方案選擇方案一：采用矩陣式鍵盤，采用矩陣行列掃描方案，優(yōu)點是當有按鍵較多時可降低占用單片機的I/O接口數(shù)目，缺點為電路復(fù)雜且會加大編程難度。方案二：采用獨立式按鍵電路，每個按鍵單獨占有一根I/O接口線，每個I/O接口的工作狀態(tài)互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。缺點是當按鍵較多時占用單片機的I/O接口數(shù)目較多，優(yōu)點為電路設(shè)計簡單，且編程及其簡單。綜合考慮以上兩種方案，由于所需鍵盤按鍵數(shù)目較多故采用方案一。..