【正文】 基于51單片機(jī)的點(diǎn)滴輸液報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文目錄引言 11 項(xiàng)目概述 2 選題背景 2 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 32 相關(guān)技術(shù) 4 紅外對(duì)管技術(shù) 4 單片機(jī)技術(shù) 5 晶體顯示技術(shù) 83 總體設(shè)計(jì) 11 11 12 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 12 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì) 12 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) 13 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 134 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 16 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原則 16 核心部件選型 16 中央處理器 16 檢測(cè)液體部件 17 18 LCD1602顯示電路 18 20 21 225 軟件設(shè)計(jì) 24 軟件設(shè)計(jì)原則 24 主程序設(shè)計(jì) 25 系統(tǒng)啟動(dòng)程序設(shè)計(jì) 25 晶體顯示程序設(shè)計(jì) 266 系統(tǒng)測(cè)試與運(yùn)行 29 測(cè)試方案 29 測(cè)試結(jié)果與分析 307 結(jié)論 31致謝 32參考文獻(xiàn) 33附錄A 中文譯文 34附錄B 英文原文 43附錄C 系統(tǒng)連接原理圖 54附錄D 源程序代碼 55遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）引言 點(diǎn)滴輸液是現(xiàn)在臨床治療和搶救非常重要的手段，醫(yī)院使用的點(diǎn)滴輸液裝置是將液體容器掛在一定高度上，利用勢(shì)差把液體輸入到病人的體內(nèi)，通過(guò)軟管夾對(duì)膠管口徑壓緊和放松來(lái)控制滴速．這對(duì)輸液有嚴(yán)格要求的病人和護(hù)士的監(jiān)護(hù)管理來(lái)說(shuō)都很不方便，在輸液過(guò)程中藥物接近完成或由于某種原因藥物的速度過(guò)快、過(guò)慢都要醫(yī)護(hù)人員及時(shí)護(hù)理否則將出現(xiàn)醫(yī)療事故。目前沒(méi)有高效的控制系統(tǒng)，點(diǎn)滴輸液時(shí)需要醫(yī)護(hù)人員在旁照顧，這加重了醫(yī)護(hù)人員的工作量和病人的思想負(fù)擔(dān)而且也不利于醫(yī)院的統(tǒng)一管理。該裝置就可以解決這個(gè)問(wèn)題，在輸液過(guò)程發(fā)生的意外狀況可以通過(guò)警報(bào)聲通知醫(yī)護(hù)人員，醫(yī)護(hù)人員只要聽(tīng)到警報(bào)聲馬上過(guò)來(lái)，就可以處理突發(fā)狀況，這樣就大大節(jié)約了時(shí)間，該裝置不僅僅可以用在醫(yī)療方面，在一些需要嚴(yán)格控制液體流量的場(chǎng)合也可以使用，比如一些工業(yè)生產(chǎn)，珍貴的植被灌溉。目前，國(guó)內(nèi)外液體點(diǎn)滴報(bào)警器方面已經(jīng)有了一些研究，已經(jīng)研制出來(lái)一些新產(chǎn)品。并且被很多大型的醫(yī)院引進(jìn)，但是還沒(méi)有普及，一些中小型醫(yī)院在病人輸液時(shí)還是靠醫(yī)護(hù)人員的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以防止發(fā)生意外。本系統(tǒng)可以合理的控制點(diǎn)滴流速?gòu)亩苊獬霈F(xiàn)危險(xiǎn)，同時(shí)可以讓患者感到舒適和方便護(hù)士操作?？梢源_保輸液安全，實(shí)現(xiàn)醫(yī)用點(diǎn)滴檢測(cè)，無(wú)線聲光報(bào)警，可以對(duì)輸液狀況實(shí)施檢測(cè)，而且病人可以通過(guò)按鍵報(bào)警。該系統(tǒng)可以設(shè)置液體流速，當(dāng)液體流速超出設(shè)置速度時(shí)，會(huì)發(fā)出警報(bào)，而且當(dāng)沒(méi)有液體時(shí)，該裝置也會(huì)報(bào)警，這樣就不用醫(yī)護(hù)人員實(shí)時(shí)的監(jiān)控，當(dāng)病人有問(wèn)題時(shí)可以按動(dòng)裝置上的按鈕，從而方便了醫(yī)護(hù)人員的操作，可以為他們騰出大量的時(shí)間。1 項(xiàng)目概述 選題背景 靜脈輸液的技術(shù)起源于公元16世紀(jì)，經(jīng)過(guò)四百年的發(fā)展逐漸形成了完整的理論體系，成為最直接，最常用，最有效的治療手段之一。在醫(yī)院輸液有一個(gè)難題長(zhǎng)期困擾著病人與醫(yī)護(hù)人員：在病人輸液的過(guò)程中，往往由于病人體質(zhì)虛弱、昏迷或入睡或者醫(yī)護(hù)人員正在別處忙碌等而無(wú)法留意，當(dāng)輸液完畢，若處理不及時(shí)，病人的血液就會(huì)因空管而倒流入輸液針管內(nèi)，時(shí)間稍長(zhǎng)會(huì)使扎針處嚴(yán)重腫脹。若處理過(guò)早，即藥液還末完全輸盡就摘瓶取管則又會(huì)造成藥液的浪費(fèi)等等。因此常引發(fā)病人的不滿以至投訴，甚使醫(yī)護(hù)人員無(wú)奈。而醫(yī)用輸液報(bào)警器的設(shè)計(jì)和投入應(yīng)用，可以較好地解決輸液中所遇到的這些困擾。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和微電子技術(shù)的應(yīng)用，在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域和工業(yè)控制領(lǐng)域一場(chǎng)隨之而來(lái)的信息化的變革也正在進(jìn)行。在工業(yè)控制領(lǐng)域,生產(chǎn)中的液位流量需要實(shí)時(shí)的控制，同樣在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域,對(duì)輸液流量的實(shí)時(shí)控制同樣有很大的需求?，F(xiàn)在社會(huì)的不斷發(fā)展，生活節(jié)奏的加快，越來(lái)越多的方面需要進(jìn)行有效的、精確的控制。而輸液點(diǎn)滴作為一項(xiàng)很重要的醫(yī)療手段，更需要這樣的技術(shù)改進(jìn)。所以需要一種安全有效，節(jié)約時(shí)間的方法來(lái)解決這一問(wèn)題。選題的目的（1）點(diǎn)滴輸液在現(xiàn)在臨床治療和搶救中非常的重要，在輸液過(guò)程中藥物接近完成或由于某種原因藥物的速度過(guò)快、過(guò)慢都要醫(yī)護(hù)人員及時(shí)護(hù)理否則將出現(xiàn)醫(yī)療事故，需要一個(gè)有效的措施解決這一問(wèn)題。（2）目前沒(méi)有高效的控制系統(tǒng)，點(diǎn)滴輸液時(shí)需要醫(yī)護(hù)人員在旁照顧，這加重了醫(yī)護(hù)人員的工作量和病人的思想負(fù)擔(dān)而且也不利于醫(yī)院的統(tǒng)一管理。（3）輸液點(diǎn)滴作為一項(xiàng)很重要的醫(yī)療手段，更需要進(jìn)行有效的、精確的控制。選題的意義醫(yī)用點(diǎn)滴輸液已經(jīng)成為現(xiàn)在醫(yī)療常規(guī)的手段。對(duì)于不同年齡，不同病患程度的輸液患者或使用不同的輸液藥物，要求有不同的點(diǎn)滴流速，而該裝置就可以解決這個(gè)問(wèn)題，可以合理的控制點(diǎn)滴流速?gòu)亩苊獬霈F(xiàn)危險(xiǎn)，確保輸液安全，實(shí)現(xiàn)醫(yī)用點(diǎn)滴檢測(cè)，無(wú)線聲光報(bào)警，可以對(duì)輸液狀況實(shí)施檢測(cè)，當(dāng)病人有問(wèn)題時(shí)可以按動(dòng)裝置上的按鈕，不僅提高了護(hù)士的工作效率，減輕了護(hù)士的工作負(fù)擔(dān)和病人的心理壓力，還減少了靜脈輸液時(shí)的醫(yī)療事故及糾紛的發(fā)生，增加了輸液的安全系數(shù)?？傊?，這種輸液報(bào)警器適用于各級(jí)醫(yī)院的臨床工作需要，工藝制作及設(shè)計(jì)方面有一定的創(chuàng)新性，具有較好的社會(huì)效益和廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)目前，國(guó)內(nèi)外液體點(diǎn)滴報(bào)警器方面已經(jīng)有了一些研究，已經(jīng)研制出來(lái)一些新產(chǎn)品。并且被很多大型的醫(yī)院引進(jìn)，因其體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好、開(kāi)發(fā)較為容易。紅外光電自動(dòng)控制，在方便和適合醫(yī)護(hù)吊瓶習(xí)慣的前提下，降低醫(yī)護(hù)人員和護(hù)理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，在一些大型醫(yī)院已有使用。 該輸液報(bào)警器具有廣闊的市場(chǎng)前景，并能產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益。目前醫(yī)院的現(xiàn)狀普遍是病人多，護(hù)士少，一些大型醫(yī)院1個(gè)護(hù)士需要同時(shí)照顧幾十個(gè)床位的病人，繁重的工作給醫(yī)護(hù)人員帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)；同時(shí)絕大多數(shù)病人都需要家屬陪同輸液，家屬或陪護(hù)人所起的作用是不斷地對(duì)輸液進(jìn)行肉眼監(jiān)控，因此而耽誤工作和學(xué)習(xí)，而且稍有疏忽，就會(huì)因延遲護(hù)理而造成回血，嚴(yán)重的會(huì)造成輸液醫(yī)療事故，輸液報(bào)警器的研制正是為了解決這一問(wèn)題。據(jù)初步估計(jì)，我國(guó)縣級(jí)以上醫(yī)院有16000多家，一般床位數(shù)在800到1200左右，另外急救，門診等也會(huì)進(jìn)行大量的輸液治療。按保守估計(jì)平均每家醫(yī)院每天有800住院病人，這其中有85%的人需要輸液，則每天全國(guó)約有850萬(wàn)人接受輸液治療。按每家醫(yī)院至少需要700個(gè)輸液報(bào)警器?？梢?jiàn)輸液報(bào)警器的需求量非常之大，具有廣闊的市場(chǎng)前景。2 相關(guān)技術(shù) 紅外對(duì)管技術(shù) 本系統(tǒng)中用到的紅外對(duì)管是由一個(gè)紅外發(fā)射管和一個(gè)紅外接收管組成。紅外接收管不受可見(jiàn)光干擾，且感光面積大，靈敏度高，屬于光敏二極管，一般只對(duì)紅外線有反應(yīng)。紅外線接收管是把紅外線光信號(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件，它的核心部件是一個(gè)特殊材料的PN結(jié)，跟普通二極管相比，它在結(jié)構(gòu)上采取了大的改變，紅外線接收管為更多更大面積的接受入射光線，電極面積盡量減小，PN結(jié)面積會(huì)做的比較大，而且PN結(jié)的結(jié)深會(huì)很淺，一般小于1微米。紅外線接收二極管是在反向電壓作用下工作的。在沒(méi)有光照時(shí)，反向電流一般會(huì)很?。ǎ?，稱為暗電流。當(dāng)有紅外線光照時(shí)，攜帶能量的紅外線光子進(jìn)入PN結(jié)之后，能量會(huì)傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，這時(shí)部分電子掙脫共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生電子。它們?cè)诜聪螂妷旱淖饔孟聟⒓悠七\(yùn)動(dòng)，反向電流會(huì)明顯變大，光的強(qiáng)度越大，反向電流也就會(huì)越大。紅外線接收二極管在一般強(qiáng)度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫做光電流。如果在外電路上接上負(fù)載，負(fù)載上就會(huì)獲得電信號(hào)，而且這個(gè)電信號(hào)也會(huì)隨著光的變化而相應(yīng)變化。紅外線接收管有兩種，一種是光電二極管，一種是光電三極管【1】。本系統(tǒng)中用到的是光電二極管。紅外對(duì)管的電路圖如圖21所示。圖21 紅外對(duì)管 Infrared tube technology直流驅(qū)動(dòng)紅外探測(cè)器電路的設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算電路如圖所示。R1與W1及V1構(gòu)成簡(jiǎn)單的直流發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路，調(diào)節(jié)W1能改變發(fā)光管的發(fā)光光強(qiáng)，從而調(diào)節(jié)探測(cè)的距離，NE555及其外圍元件構(gòu)成施密特觸發(fā)器，接收管V2與電阻R2構(gòu)成光電檢測(cè)電路，它的觸發(fā)電平可通過(guò)W2控制。通過(guò)NE555的第3腳輸出的TTL電平可直接驅(qū)動(dòng)單片機(jī)的I/O口。檢測(cè)液面電路如圖22所示。圖22 檢測(cè)液面電路Fig. 22 detecting liquid level circuit采用紅外對(duì)管檢測(cè)技術(shù)的時(shí)候紅外對(duì)管置于輸液瓶的兩側(cè)，距離瓶口大約1~3厘米。液面檢測(cè)電路主要有三部分組成：調(diào)制與解調(diào)部分、紅外發(fā)射與接收部分、放大部分。當(dāng)紅外對(duì)管之間介質(zhì)發(fā)生變化（由水到空氣）時(shí)，光電接收管的輸出信號(hào)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。然后將這一輸出信號(hào)送入單片機(jī)。頻率發(fā)生電路是由一個(gè)555定時(shí)器組成的占空比可調(diào)方波發(fā)生器。對(duì)來(lái)自輸液現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境干擾光，采用調(diào)制和解調(diào)技術(shù)來(lái)提高抗干擾的能力。調(diào)制解調(diào)器接收電路由運(yùn)放LM741與解調(diào)芯片LM567組成。單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)LM567和引角8的電平變化來(lái)實(shí)現(xiàn)液位檢測(cè)，從而解決了因液體透明而導(dǎo)致發(fā)射不明顯的問(wèn)題。 單片機(jī)技術(shù) 單片機(jī)（Microcontrollers）是一種集成的電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM多種I/O口、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和中央處理器CPU等功能（可能還包括脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、顯示驅(qū)動(dòng)電路等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。單片機(jī)又被稱為單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)小小的芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用與開(kāi)發(fā)都提供了便利條件。概括的講：一塊芯片就組成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。本系統(tǒng)采用的單片機(jī)是STC89C52。STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程的可檫除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器的制造技術(shù)制造，有12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期兩種，可以任意選擇【3】 ，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機(jī)。主要特性如下：1.通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。3.工作電壓：～（5V單片機(jī)）/～（3V單片機(jī)）。4.工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz5.用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)，片上集成512字節(jié)RAM6.通用I/O口（32個(gè)）復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻。（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串口（RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。8.具有EEPROM功能，具有看門狗功能，PDIP封裝。9.共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器T0、TT2 10.外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。11.工作溫度范圍：40～+85℃（工業(yè)級(jí)）/0～75℃（商業(yè)級(jí)）。STC89C52的引腳圖如圖23所示。圖23 STC89C52的引腳圖如圖Fig. 23 STC89C52 pin diagramSTC89C52內(nèi)部有個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳TXD和RXD分別是此放大器的輸出端和輸入端。時(shí)鐘可以用內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式時(shí)鐘電路如圖4—2(a)所示，在TXD和RXD引腳上外接定時(shí)的元件，內(nèi)部振蕩器就會(huì)產(chǎn)生自激振蕩?！?2MHz之間選擇，電容值可在5～30pF之間選擇，電容值大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。定時(shí)元件通常采用石英晶體與電容組成的并聯(lián)諧振回路。外部方式的時(shí)鐘電路如圖4—2（b）所示，TXD接外部的振蕩器，RXD接地。片內(nèi)的時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘的P1和P2，供單片機(jī)使用【4】。對(duì)外部振蕩信號(hào)沒(méi)有特殊要求，只要求保證脈沖的寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號(hào)。TXD接外部振蕩器，RXD接地。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘P1和P2，供單片機(jī)使用。對(duì)外部振蕩信號(hào)沒(méi)有特殊要求，只要求保證脈沖寬度就可以，一般會(huì)采用頻率低于12MHz的方波信號(hào)。圖42 時(shí)鐘電路圖 clock circuit diagram 晶體顯示技術(shù) 顯示器是一個(gè)系統(tǒng)中呈現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的重要組成，一個(gè)系統(tǒng)如果中沒(méi)有顯示器的話，我們無(wú)法直接獲得信息，這樣就給我們對(duì)操作系統(tǒng)帶來(lái)了極大的不便，所以顯示器在一個(gè)系統(tǒng)中的地位是非常重要的，而在嵌入式中，晶體顯示又是顯示器技術(shù)中一種最為普遍的技術(shù)，下面著重說(shuō)一下液晶顯示屏。1． 液晶顯示屏的基本構(gòu)造（1）薄膜基板：液晶分子的扭轉(zhuǎn)角度由TFT控制。（2）背光板：LCD的顯像原理是靠液晶阻擋光線的分量達(dá)到控制明暗，所以必須要有光源才可能在屏幕上看到圖像，所以背光板負(fù)責(zé)為液晶屏顯像提供最基本的光源。（3）下偏光板：背光板送出來(lái)的光線方向性不一致，會(huì)呈放射狀，如果這樣的光線只通過(guò)液晶分子的扭轉(zhuǎn)，我們?cè)谄聊簧线€是看不到正常的圖像，看到的可能是白茫茫的一片，或者是花花綠綠的色塊，不會(huì)是我們想看到的圖像。下面的偏光板就承擔(dān)了將光線的方向規(guī)范成一致