【正文】 基于單片機的輸液監(jiān)護器的設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的輸液監(jiān)護器的設(shè)計 摘 要 針對目前我國大部分醫(yī)院在對病人進行靜脈輸液治療是醫(yī)護人員監(jiān)護任務(wù)繁重的問題，設(shè)計了一套面向所有大中小醫(yī)院和診所的醫(yī)院輸液監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)以 PC 為上位機作為整個系統(tǒng)的控制監(jiān)控中心，用單片機 AT89C51 為核心作為下位機通過光電傳感器對吊瓶的液位進行檢測及報警，并對滴速進行精確地檢測與控制。上位機與下位機用 RS485總線進行串行通信，能夠使醫(yī)護人員實時了解輸液狀態(tài)。論述了該系統(tǒng)的檢測原理、總體結(jié)構(gòu)、主要功能部件設(shè)計和軟硬件系統(tǒng)的組成。該系統(tǒng)低功耗、成本低、性能穩(wěn) 定、便于攜帶、實用性強。 關(guān)鍵詞 ： 輸液監(jiān)控、 AT89C5串行通信 基于單片機的輸液監(jiān)護器的設(shè)計 SCM TRANSFUSION MONITOR ABSTRACT Aiming at the heavy problem of nurses in most of our hospitals when carry on transfusion to the patients currently and then designed a set of system which is called fluid infusion supervision system .It is faced to all the hospitals and clinic. This system take the PC as it’s master machine. The PC is the controler of the whole system. Take the single chip AT89C51 as a core of the next machine which will test and display the level of the liquid bottle. It can examine and control the speed of lose a liquid accurately. PC municate with single chip by the total line of can make the nurses know the status of loses liquid while patients take the personnel solid. Discussed the constituting of examination principle, total structure and main function parts design and the constitution of software and hardware system. The system is low achievement consumes, low cost and stable function and easy to take, the function is strong. KEYWORDS Supervision of transfusion。AT89C51。 signal munication 基于單片機的輸液監(jiān)護器的設(shè)計 目 錄 1 輸液監(jiān)護器的總體設(shè)計 ???? ??????????????????? 1 系統(tǒng)的構(gòu)成 ? ?????????????? ???????????? 1 系統(tǒng)框圖及工作原理 ? ? ????????????? ?????? 1 2 輸液監(jiān)護器的設(shè)計方案及論證 ? ??? ????????????? ? 3 電動機系統(tǒng)方案的選擇 ?? ?????????????? ???? 3 數(shù)據(jù)采集方案的選擇 ? ?????????????? ???? ? 3 鍵盤方案的選擇 ??????? ??????? ????????? 4 點滴速度計算方案選擇 ?????????????? ????? 4 傳輸方式的選擇 ?????????????? ????????? 4 3 輸液監(jiān)護器的硬件設(shè)計 ?????????????? ?????? 5 單片機的選用 ?????????????? ?????????? 6 現(xiàn)有主流單片機的概述 ?????????????? ??? 6 單片機的選用 ?????????????? ???????? 6 單片機 I/O 口管腳分配 ?????????????? ??? 10 執(zhí)行機構(gòu) ?????????????? ????????????? 10 步進電動機概述 ?????????????? ??????? 10 步進電機控制原理 ?????????????? ?????? 11 數(shù)據(jù)采集模塊及工作原理 ?????????????? ??? 12 紅外發(fā)光二極管和光敏三極管 ????????????? 14 紅外發(fā)光二極管 主要參數(shù) ?????????????? ?? 14 光敏三極管的主要參數(shù) ?????????????? ??? 14 基于單片機的輸液監(jiān)護器的設(shè)計 電源模塊 ?????????????? ????????????? 15 聲報警模塊 ?????????????? ???????????? 15 復(fù)位電路 ?????????????? ????????????? 16 顯示模塊 ?????????????? ????????????? 16 LED 顯示器的結(jié)構(gòu) ?? ???????????? ????? 16 LED 顯示器的顯示方法 ?????????????? ?? 18 7 段譯碼器 CD4511 ??????????????????? 18 顯示模塊電路設(shè)計 ?????????????? ????? 20 鍵控模塊 ?????????????? ????????????? 21 通信模塊 ?????????????? ????????????? 22 nRF905 芯片結(jié)構(gòu)、引腳介 紹及工作模式 ??? ?????? 22 通信協(xié)議 ??? ???????????????????????? 27 4 輸液監(jiān)護器的軟件設(shè)計 ? ?????????????? ??????? 28 檢測程序 ?????????????? ?????????????? 28 電機控制子程序 ?????????????? ?????????? 31 顯示子程序 ?????????????? ????????????? 33 鍵盤程序 ?????????????? ?????? ???????? 34 5 試驗及結(jié)果分析 ?????????????? ???????????? 38 試驗過程 ?????????????? ?????????????? 38 測試結(jié)果分析 ? ????????????? ??????????? 39 6 輸液監(jiān)護器的抗干擾措施 ?????????????? ?????? 40 單片機抗干擾的概述 ?????????????? ??????? 40 輸液監(jiān)護器的抗干擾措施 ?????????????? ??? 40 基于單片機的輸液監(jiān)護器的設(shè)計 7 結(jié)論 ???????????????????????????? ????? 41 8 致謝 ???????????????????????????? ????? 42 9 參考文獻 ???????????????????????????? ?? 43 附錄 ???????????????????????????? ?????? 44 基于單片機的輸液監(jiān)護器的設(shè)計 1 1 輸液監(jiān)護器的 總體設(shè)計 系統(tǒng)的構(gòu)成 該監(jiān)控系統(tǒng)由主從站兩大部分組成，其框圖如 圖 ： 圖 主 從站結(jié)構(gòu)框圖 1） 主站 （監(jiān)控中心）由 PC 機作為上位機 ，采用巡回查詢的方式與從站進行通信， 收集從站的實時信息，并進行顯示及報警。 2） 從站以 AT89C51 單片機為中心，完成對某一具體輸液 遠(yuǎn)程 控制過程的監(jiān)控。 系統(tǒng)框圖及工作原理 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示 圖 輸液監(jiān)控系統(tǒng)以 AT89C51 單片機為中心，單片機需要電源電路，復(fù)位電路，振蕩電路晶振電路 復(fù)位電路 鍵盤輸入 AT89C51 顯示裝置 報警裝置 控制電機 電源電路 nRF 905 nRF 905 AT89C51 MAX232 監(jiān)控電腦 基于單片機的輸液監(jiān)護器的設(shè)計 2 來保證其正常工作。默認(rèn)速度設(shè)定值為 60 滴 /min，可以通過鍵盤來 修改設(shè)定值。采集裝置通過光電開關(guān)傳感器對速度進行檢測，并以電信號的形式傳給單片機，經(jīng)運算，分析，處理后單片機將數(shù)據(jù)傳送給 LED 顯示模塊，實現(xiàn)輸液速度的顯示。通過對設(shè)定值和實際值的比較來控制電動機的正，反轉(zhuǎn)，從而帶動輸液器上的控制齒輪上升下降，達到控制輸液速度的目的。另外，當(dāng)采集裝置通過光電開關(guān)傳感器檢測到速度值過高或過低時，直接啟動聲報警裝置。若聲報警持續(xù)一分鐘后無人復(fù)位，則由單片機發(fā)出信號控制電動機，使輸液器上的小齒輪處于無液滴滴出狀態(tài)，這樣可以大大提高輸液的安全性。 基于單片機的輸液監(jiān)護器的設(shè)計 3 2 輸液監(jiān)護器 的設(shè)計方案及論證 電 動 機系統(tǒng)方案的選擇 方案一 采用單片機和 A/D 轉(zhuǎn)換構(gòu)成系統(tǒng)，控制普通電機的步數(shù)和旋轉(zhuǎn)方向，可以考慮達林管組成的 H型 PWM 電路。用單片機控制達林管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，減小因慣性，速度，步距角過大而引起的調(diào)整誤差，達到改變點滴高度的要求，缺點是控制信號為模擬信號，需要將單片機輸出的序列脈沖轉(zhuǎn)換，延長了控制的時間，并且步距角為 ?90 ，滿足不了控制誤差范圍為設(shè)定值 1%10 ?? 滴的要求。 方案二 用單片機控制步進電機，控制信號為數(shù)字信號，不在需要數(shù) /模轉(zhuǎn)換；具有快速啟 /停能力，可在一剎那間實現(xiàn)啟動或停止，且步距角降低到 ? ，延時短，定位準(zhǔn)確，精度高，可操作性強。 綜合考慮題目要求，一方面調(diào)節(jié)的步長盡可能的小，定位要好；另一方面如果停止信號到來，滑輪能夠快速停止。 通過對比，利用步進電機可以自如控制輸液器上的手動滑輪，完全滿足題目的要求，因此采用方案二。 數(shù)據(jù)采集方案的選擇 數(shù)據(jù)采集一般可以采用以下幾種方案： 方案 一．使用發(fā)光二極管和光敏三極管組合。 方案 二． 使用紅外發(fā)光二極管和接受管組合。 方案 三． 利用激光。 通過對比，在這次設(shè)計中由于是近距離探測，故采用方案 二 來完成數(shù)據(jù)采集。由于紅外光波長比可見光長，因此受可見光的影響較小。同時紅外系統(tǒng)還具有以下優(yōu)點：尺寸小、質(zhì)量輕，能有效的抗可見光波段的偽裝，對輔助裝置要求最少，對人眼無傷害。 當(dāng)然紅外光也有一定的缺點，如大氣、潮濕的天氣、霧和云對它有衰減作用，所以只適用于室內(nèi)通信。在現(xiàn)代生活中，人們?yōu)榱烁奖愕氖褂眉t外光這種有效的媒質(zhì)，利用紅外光做出了很多器件，發(fā)射式光 電檢測器就是其中的一種器件，它具體積小、靈敏度高、線性好等特點，外圍電路簡單，安裝起來方便，電源要求不高。用它作為近距離傳感器是最理想的，電路設(shè)計簡單、性能穩(wěn)定可靠。 基于單片機的輸液監(jiān)護器的設(shè)計 4 鍵盤方案的選擇 方案一 采用矩陣式鍵盤，此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點是當(dāng)按鍵較多時可降低占用單片機的 I/O 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 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。缺點為當(dāng)按鍵較多時占用單片機的 I/O口數(shù)目較多 ，優(yōu)點為電路設(shè)計簡單，且編程極其容易。 綜合考慮兩種方案及題目要求，方案二需要 3 個 I/O 口，由于系統(tǒng)資源足夠用，故采用方案二。 點滴速度 計算 方案選擇 在一定時間內(nèi)點滴的滴數(shù)（即點滴的速度）是單片機通過紅外傳感器測得的脈沖信號計數(shù)獲得的，但怎樣計算點滴速度以滿足在 3 分鐘內(nèi)實現(xiàn)電機對點滴速度的控制是必須考慮的問題 方案一 根據(jù)一定時間 T（如 30 秒）內(nèi)滴下的點滴的滴數(shù)